JP2014015872A - 歯車嵌脱装置及びエンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源の駆動により歯車の嵌脱動作と回転動作の両方を可能にするとともに、駆動源から被動側へ動力を伝達する場合に被動側の回転負荷や回転速度に変動が発生したときでも動力伝達の継続を可能にする。
【解決手段】被動歯車１６と噛み合う駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする設定値Ｆｓｐ／ｔａｎα₁以下の逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに引っ掛かることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。これによって、逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用しても、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持することができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、歯車の嵌脱動作を行う歯車嵌脱装置、及びこの歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置に関する。

歯車の嵌脱動作を行う歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１のエンジン始動装置は、第１の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装置と、第２のコイルの吸引力を利用して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、を備える。ソレノイド装置と電磁スイッチは、両者を軸方向に直列に並べて一体的に構成されるとともに、第１のコイルと第２のコイルとの間に両者の磁気回路の一部を形成する磁性プレートを共用して配置している。エンジンの始動を行う場合は、まず第１のコイルに通電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。ピニオンギヤがリングギヤに当接した後は、第２のコイルに通電してモータの出力軸を回転させる。モータの出力軸の回転を受けてピニオンギヤがリングギヤと噛み合うと、ピニオンギヤからリングギヤに回転力が伝達されてエンジンのクランキングが行われる。

また、歯車の嵌脱動作を行う歯車嵌脱装置の関連技術として、セルフシンクロナスシフティングクラッチ（ＳＳＳクラッチ）が下記特許文献２に開示されている。特許文献２のＳＳＳクラッチでは、切換スリーブは、同期回転数に達するまで蒸気タービンの回転数で回転し、同期回転数に達すると発電機軸の切換部の爪によってしっかり保持される。同期回転数を超えると、切換スリーブは、ねじによって蒸気タービンの方向に軸線方向移動を生じる。その短時間後に切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が起き、これらの歯を介して駆動トルクの伝達が起きる。一方、蒸気タービンの回転数が同期回転数より低下すると、切換スリーブは、ねじによって蒸気タービンと反対方向に軸線方向移動を生じ、切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が解除されることで、駆動トルクの伝達が遮断される。

特開２０１０−３８１０３号公報 特表２０１０−５０６１１３号公報 国際公開第２０１２／５３５５２号

特許文献１のエンジン始動装置は、タンデムソレノイド式であり、モータに通電してピニオンギヤを回転させるための電磁スイッチの他に、ピニオンギヤをエンジンのリングギヤ側へ押し出すためのソレノイド装置が別途必要となる。そのため、装置の大型化及びコスト高を招きやすくなる。さらに、ピニオンギヤの嵌脱動作と回転動作をそれぞれ独立に制御する必要があるため、制御が複雑となる。

また、特許文献２のＳＳＳクラッチでは、駆動側（蒸気タービン）からの駆動により切換スリーブの歯と発電機軸の歯が係合し、駆動側からの駆動を停止させることで切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が解除されるので、動力伝達の許容／遮断を切り替えるために蒸気タービン以外の駆動源を必要としない。しかし、駆動側から被動側（発電機軸）へ動力を伝達する場合に、被動側の回転負荷や回転速度に変動が発生し、被動側からの逆駆動が切換スリーブに加わったときや、被動側の回転数が駆動側の回転数より高くなったときは、切換スリーブが蒸気タービンと反対方向に軸線方向移動を生じることになる。その場合は、駆動側から被動側へ動力を伝達する必要があるにもかかわらず、切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が解除されてしまい、駆動側から被動側へ動力を伝達することができなくなる。

本発明は、駆動源の駆動により歯車の嵌脱動作と回転動作の両方を可能にするとともに、駆動源から被動側へ動力を伝達する場合に被動側の回転負荷や回転速度に変動が発生したときでも動力伝達の継続を可能にすることを目的とする。

本発明に係る歯車嵌脱装置及びエンジン始動装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る歯車嵌脱装置は、駆動源からの動力が伝達されることで所定方向に回転する回転軸と、回転軸に支持された駆動歯車であって、回転軸が該駆動歯車に対して前記所定方向に相対的に回転するのに応じて、回転軸の軸線方向の一方側へ移動する駆動歯車と、駆動歯車が軸線方向の所定噛合位置にある場合に駆動歯車と噛み合う被動歯車と、駆動歯車が前記所定噛合位置より軸線方向の一方側へ移動するのを抑制するための移動抑制装置と、を備え、駆動歯車が前記所定噛合位置にある場合に、駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする設定値以下の力が作用したときは、駆動歯車の軸線方向の他方側への移動を抑制し、駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする設定値より大きい力が作用したときは、駆動歯車の軸線方向の他方側への移動を許容する駆動歯車保持部が回転軸または移動抑制装置に設けられていることを要旨とする。

本発明の一態様では、移動抑制装置は、回転軸に対する相対回転が拘束されるとともに、回転軸に対する軸線方向の相対移動が可能であり、さらに、駆動歯車が前記所定噛合位置にある場合は、軸線方向の一方側への移動に応じて駆動歯車に軸線方向の他方側への力を作用させ、回転軸には、軸線方向に対してその一方側から他方側にかけて前記所定方向と反対側へ傾斜した当接面であって、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに駆動歯車が当接する当接面が前記駆動歯車保持部として設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、回転軸に形成されたねじと駆動歯車に形成されたねじとの係合により、駆動歯車が回転軸に支持され、前記当接面は回転軸のねじに設けられ、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに、駆動歯車のねじの軸線方向他方側に関する端部が前記当接面に当接することが好適である。

本発明の一態様では、回転軸に形成されたねじと駆動歯車に形成されたねじとの係合により、駆動歯車が回転軸に支持され、移動抑制装置は、回転軸に対する相対回転が拘束されるとともに、回転軸に対する軸線方向の相対移動が可能であり、さらに、駆動歯車が前記所定噛合位置にある場合は、軸線方向の一方側への移動に応じて駆動歯車に軸線方向の他方側への力を作用させ、移動抑制装置には、回転軸の回転方向に対してその前側から後側にかけて軸線方向の一方側へ傾斜した当接面であって、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに駆動歯車が当接する当接面が前記駆動歯車保持部として設けられており、ねじのリード角が、回転軸の回転方向に対する前記当接面の傾斜角度より小さいことが好適である。

本発明の一態様では、回転軸に形成されたねじと駆動歯車に形成されたねじとの係合により、駆動歯車が回転軸に支持され、移動抑制装置は、回転軸に対する軸線方向の相対移動が拘束されるとともに、回転軸に対する相対回転が可能であり、さらに、駆動歯車が前記所定噛合位置に移動する場合は、回転軸に対する前記所定方向の相対回転に応じて駆動歯車に前記所定方向と反対側の力を作用させ、移動抑制装置には、回転軸の回転方向に対してその前側から後側にかけて軸線方向の一方側へ傾斜した当接面であって、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに駆動歯車が当接する当接面が前記駆動歯車保持部として設けられており、ねじのリード角が、回転軸の回転方向に対する前記当接面の傾斜角度より大きいことが好適である。

また、本発明に係るエンジン始動装置は、動力を発生する駆動源と、本発明に係る歯車嵌脱装置と、を備え、被動歯車と連結されたエンジンの始動を行うことを要旨とする。

本発明によれば、駆動歯車と回転軸との回転差により駆動歯車を軸線方向に移動させることができるため、駆動源の駆動により駆動歯車の嵌脱動作と回転動作の両方が可能となる。さらに、駆動歯車を被動歯車と噛み合わせて駆動源から被動側へ動力を伝達する場合に、被動側の回転負荷や回転速度に変動が発生したときでも、駆動歯車の軸線方向の他方側への移動を抑制することができ、駆動歯車と被動歯車との噛み合いを維持して動力伝達を継続することができる。

本発明の実施形態１に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る歯車嵌脱装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る歯車嵌脱装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 エンジンのクランキング時における回転速度の変動を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態３に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態３に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態３に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態３に係るエンジン始動装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１〜３に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１〜３に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の他の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の概略構成を示す図である。駆動源１０は、例えば電動機（モータ）により構成することができ、その出力軸に動力を発生させることが可能である。回転軸１２は、駆動源１０の出力軸に機械的に連結されており、ベアリング１３を介してハウジング１５に回転自在に支持されている。回転軸１２の軸線方向（図１の左右方向）に関する移動は固定されている。回転軸１２は、駆動源１０からの動力が伝達されることで、所定の一方向（以下所定方向とする）に回転する。回転軸１２の外周面には、ねじ（おねじ）２２が形成されている。

駆動歯車１４は、平歯車であり、外周部に歯１４ａが形成された外歯車により構成することができる。駆動歯車１４の中心部には、回転軸１２を通すための貫通穴が形成されており、貫通穴の内周面には、ねじ（めねじ）２４が形成されている。回転軸１２は駆動歯車１４の貫通穴を貫通して通されており、回転軸１２に形成されたおねじ２２と駆動歯車１４に形成されためねじ２４とのねじ係合により、駆動歯車１４が回転軸１２に支持されている。ねじ２２，２４は、軸線方向の一方側（図１の左側）から他方側（図１の右側）へ向かうにつれて回転軸１２の回転方向（所定方向）と同方向に螺旋して形成されている。図１は、ねじ２２，２４が右ねじである例を示している。

ガイド歯車１８は、平歯車であり、外周部に歯１８ａが形成された外歯車により構成することができる。駆動歯車１４とガイド歯車１８とで、ピッチ円半径及び歯数は互いに等しい。ガイド歯車１８は、駆動歯車１４より軸線方向の一方側に配置された状態で、ラチェット機構２０を介して駆動歯車１４に支持されている。一方向回転許容機構として設けられたラチェット機構２０は、ガイド歯車１８が駆動歯車１４に対して所定方向（図１の例では駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に反時計方向）に相対的に回転しようとする場合は、解放（フリー）状態となることで、その相対回転を許容する。一方、ラチェット機構２０は、ガイド歯車１８が駆動歯車１４に対して所定方向と逆方向（図１の例では駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に時計方向）に相対的に回転しようとする場合は、係合（ロック）状態となることで、その相対回転を拘束する。その際には、駆動歯車１４の歯１４ａとガイド歯車１８の歯１８ａの位相が互いに一致する状態で、駆動歯車１４に対するガイド歯車１８の所定方向と逆方向の相対回転が拘束される。駆動歯車１４に対するガイド歯車１８の軸線方向の相対変位は拘束されている。なお、ラチェット機構２０自体の構成は公知であるため詳細な説明を省略する。

駆動歯車１４の回転が停止した状態で回転軸１２が所定方向（図１の例では駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に反時計方向）に回転する場合や、駆動歯車１４の所定方向の回転速度が回転軸１２の所定方向の回転速度より低い場合等、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転する場合は、回転軸１２と駆動歯車１４とのねじ係合により、駆動歯車１４に対する回転軸１２の相対回転運動が、回転軸１２の軸線方向に沿った駆動歯車１４の直線運動に変換されることで、駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに回転軸１２の軸線方向の一方側（図１の左側、駆動源１０から離れる側）へ移動する。一方、回転軸１２の回転が停止した状態で駆動歯車１４が所定方向に回転する場合や、駆動歯車１４の所定方向の回転速度が回転軸１２の所定方向の回転速度より高い場合等、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向と逆方向（図１の例では駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に時計方向）に相対的に回転する場合は、駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに回転軸１２の軸線方向の他方側（図１の右側、駆動源１０に近づく側）へ移動する。このように、駆動歯車１４は、回転軸１２にその軸線方向に移動可能な状態で係合する。

被動歯車１６は、平歯車であり、外周部に歯１６ａが形成された外歯車により構成することができる。被動歯車１６は、エンジン３０の出力軸に機械的に連結されている。図２に示すように、駆動歯車１４が軸線方向の所定噛合位置にあるときは、駆動歯車１４の歯１４ａと被動歯車１６の歯１６ａが噛み合い、ガイド歯車１８の歯１８ａと被動歯車１６の歯１６ａは噛み合わない。一方、図１に示すように、駆動歯車１４が所定噛合位置より軸線方向の他方側の非噛合位置にあるときは、駆動歯車１４の歯１４ａと被動歯車１６の歯１６ａは噛み合わず、ガイド歯車１８の歯１８ａと被動歯車１６の歯１６ａも噛み合わない。また、駆動歯車１４が所定噛合位置と非噛合位置との間の軸線方向位置にあるときは、例えば図３に示すように、ガイド歯車１８の歯１８ａと被動歯車１６の歯１６ａが噛み合い、駆動歯車１４の歯１４ａと被動歯車１６の歯１６ａは噛み合わない。あるいは、例えば図４に示すように、駆動歯車１４の歯１４ａとガイド歯車１８の歯１８ａの両方が被動歯車１６の歯１６ａと噛み合う。

図５に示すように、ガイド歯車１８の歯１８ａの回転方向後側（所定方向後側）の歯面には、軸線方向に対してその一方側から他方側にかけて回転方向後側（所定方向後側）へ傾斜したガイド側テーパ面１８ｂが形成されている。そして、被動歯車１６の歯１６ａの回転方向前側（エンジン回転方向前側）の歯面には、軸線方向に対してその一方側から他方側にかけて回転方向後側（エンジン回転方向後側）へ傾斜した被動側テーパ面１６ｂが形成されている。ガイド歯車１８のガイド側テーパ面１８ｂと被動歯車１６の被動側テーパ面１６ｂは互いに平行である。

カムプレート３２は、駆動歯車１４（非噛合位置）より軸線方向の他方側に配置され、ハウジング１５に機械的に連結されていることで回転が固定されている。カムプレート３２における駆動歯車１４との対向面（軸線方向一方側の端面）にはカム面３２ｂが形成されており、駆動歯車１４におけるカムプレート３２（カム面３２ｂ）との対向面（軸線方向他方側の端面）にはカム面１４ｂが形成されている。駆動歯車１４が軸線方向の非噛合位置（図１に示す状態）にあるときは、駆動歯車１４のカム面１４ｂがカムプレート３２のカム面３２ｂと接触している。駆動歯車１４が軸線方向の非噛合位置にあるときに、駆動歯車１４がカムプレート３２に対して相対的に回転してカムプレート３２と駆動歯車１４との間に位相差が発生すると、カムプレート３２のカム面３２ｂが駆動歯車１４のカム面１４ｂを軸線方向の一方側へ押圧する。これによって、カムプレート３２から駆動歯車１４に軸線方向の一方側への押付力が作用し、カムプレート３２に対する駆動歯車１４の相対回転が抑制される。なお、カムプレート３２と駆動歯車１４との位相差の発生に応じてカムプレート３２から駆動歯車１４に押付力を作用させるためのカム面１４ｂ，３２ｂの構成自体は、トルクカム機構を適用して実現可能であるため詳細な説明を省略する。

回転軸１２における所定噛合位置より軸線方向の一方側には、移動抑制装置としてのストッパ２６が設けられている。ストッパ２６は、回転軸１２に対する相対回転が拘束されるとともに回転軸１２に対する軸線方向の相対移動が可能な状態で、回転軸１２に支持されている。ストッパ２６を回転軸１２に支持するための構成例としては、軸線方向に沿って（あるいはほぼ沿って）延びるスプラインによる係合を適用することが可能である。さらに、回転軸１２におけるストッパ２６より軸線方向の一方側には、軸線方向に弾性を有する皿ばね２８が取り付けられている。駆動歯車１４が所定噛合位置（被動歯車１６と噛み合う位置）まで移動すると、駆動歯車１４（あるいはガイド歯車１８）の軸線方向の一端部がストッパ２６に当接してストッパ２６を押圧することで、ストッパ２６が軸線方向の一方側に移動して皿ばね２８が圧縮される。それに応じて、皿ばね２８がストッパ２６の軸線方向の移動量に応じた反発力（弾性力）を発生してストッパ２６を軸線方向の他方側へ押圧することで、ストッパ２６から駆動歯車１４に軸線方向の他方側への押圧力が作用する。これによって、駆動歯車１４が所定噛合位置より軸線方向の一方側へ移動するのが抑制される。

図６に示すように、軸線方向の一方側から他方側へ向かうにつれて回転軸１２の回転方向（所定方向）と同方向に螺旋して回転軸１２に形成されたねじ２２のねじ山（歯）は、軸線方向の一方側に形成された狭幅ねじ山２２ａと、軸線方向の他方側に形成され、狭幅ねじ山２２ａより幅の広い広幅ねじ山２２ｂとを含む。狭幅ねじ山２２ａ間のねじ溝２２ｃの幅は、広幅ねじ山２２ｂ間のねじ溝２２ｄの幅より広い。狭幅ねじ山２２ａと広幅ねじ山２２ｂとの連結部分においては、軸線方向の一方側に段差が形成されていることで、駆動歯車保持部としての当接面２２ｅが形成されている。当接面２２ｅは、軸線方向に対してその一方側から他方側にかけて回転軸１２の回転方向（所定方向）と反対側へ傾斜して形成されている。一方、駆動歯車１４に形成されたねじ２４のねじ山（歯）２４ａ及び溝の幅は一定である。図６では、駆動歯車１４については、説明の便宜上、内周面に形成されたねじ山２４ａ以外の構成の図示を省略している。ねじ２４のねじ山２４ａの幅は、広幅ねじ山２２ｂ間のねじ溝２２ｄの幅に等しく（あるいはほぼ等しく）、狭幅ねじ山２２ａ間のねじ溝２２ｃの幅より狭い。ねじ２４の溝の幅は、広幅ねじ山２２ｂの幅に等しく（あるいはほぼ等しく）、狭幅ねじ山２２ａの幅より広い。ねじ山２４ａの軸線方向他方側に関する端面２４ｂも、回転軸１２の当接面２２ｅと同様に、軸線方向に対してその一方側から他方側にかけて所定方向と反対側へ傾斜して形成されている。ねじ山２４ａの端面２４ｂの軸線方向に対する傾斜角度β₁（０°＜β₁＜９０°）は、回転軸１２の当接面２２ｅの軸線方向に対する傾斜角度α₁（０°＜α₁＜９０°）に等しく（あるいはほぼ等しく）、ねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに当接可能である。駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに当接する状態で、駆動歯車１４が被動歯車１６と噛み合うように、当接面２２ｅの軸線方向位置が設計される。なお、ねじ山２２ａ，２２ｂ，２４ａの形状については様々に設計することが可能である。

次に、本実施形態に係るエンジン始動装置の動作、特に、駆動源１０（モータ）の動力を用いてエンジン３０を始動する場合の動作について説明する。

まずエンジン３０（被動歯車１６）の回転が停止している状態からエンジン３０を始動する場合の動作について説明する。エンジン３０の始動を行う前は、駆動源１０（回転軸１２）の回転は停止しており、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の回転も停止している。さらに、図１に示すように、駆動歯車１４が軸線方向の非噛合位置にあり、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の両方が被動歯車１６と噛み合っておらず、駆動歯車１４のカム面１４ｂがカムプレート３２のカム面３２ｂと接触している。その状態からエンジン３０の始動を行う場合は、まず駆動源１０に動力を発生させて回転軸１２を所定方向（図１の例では駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に反時計方向）に回転させる。駆動歯車１４は回転軸１２とともに所定方向に回転しようとするが、カムプレート３２と駆動歯車１４との位相差の発生に応じて、回転の固定されたカムプレート３２から駆動歯車１４に軸線方向の一方側への押付力が作用し、カムプレート３２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が拘束される。これによって、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転し、駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに軸線方向の一方側（被動歯車１６側）へ移動する。その際には、駆動歯車１４のねじ山２４ａが回転軸１２の広幅ねじ山２２ｂ間のねじ溝２２ｄに沿って相対的に移動する。

駆動源１０の動力を用いてエンジン３０の始動を行うためには、駆動歯車１４を非噛合位置から軸線方向の一方側（被動歯車１６側）へ移動させて被動歯車１６と噛み合わせる必要がある。ただし、駆動歯車１４は、無負荷状態では、回転軸１２と一体で回転し、軸線方向には移動しない。回転軸１２の回転時に、駆動歯車１４の軸線方向への移動を開始させるためには、回転軸１２と駆動歯車１４との間に回転差を発生させる必要があり、そのためには、駆動歯車１４の回転を拘束または低減するための抵抗力を駆動歯車１４に作用させて駆動歯車１４に負荷をかける必要がある。本実施形態では、駆動歯車１４が非噛合位置にあり、回転軸１２が所定方向に回転するときに、回転の固定されたカムプレート３２から駆動歯車１４に軸線方向の一方側への押付力を抵抗力として作用させて駆動歯車１４に負荷をかけることで、駆動歯車１４の所定方向の回転を拘束または低減することができる。これによって、駆動歯車１４を軸線方向の一方側へ移動させるための力をカムプレート３２から駆動歯車１４へ作用させることができ、駆動歯車１４の軸線方向一方側（被動歯車１６側）への移動を開始させることができる。

駆動歯車１４が非噛合位置から軸線方向の一方側へ移動すると、図３に示すように、まずガイド歯車１８が被動歯車１６と噛み合う。カムプレート３２は、駆動歯車１４が非噛合位置にあるときからガイド歯車１８が被動歯車１６と噛み合うまで、カム面３２ｂが駆動歯車１４のカム面１４ｂを軸線方向の一方側へ押圧し続けることで、駆動歯車１４に軸線方向の一方側への押付力を抵抗力（軸線方向の一方側へ移動させるための力）として作用させ続ける。その際に、カムプレート３２が駆動歯車１４を押圧する範囲（駆動歯車１４の移動距離）は、カム面１４ｂ，３２ｂのプロフィールの設計により調整可能である。また、ガイド歯車１８が被動歯車１６と噛み合う際には、図７に示すように、ラチェット機構２０の解放により、ガイド歯車１８の歯１８ａが被動歯車１６の歯１６ａ間に嵌合可能になる位置までガイド歯車１８の歯１８ａの位相が変化する。

ガイド歯車１８と被動歯車１６の噛み合い後は、駆動歯車１４の歯１４ａとガイド歯車１８の歯１８ａの位相が互いに一致する状態でラチェット機構２０が係合状態となり、エンジン３０の回転要素を含む被動歯車１６側の回転要素が駆動歯車１４の負荷となる。そのため、ガイド歯車１８と被動歯車１６の噛み合い後は、カムプレート３２から駆動歯車１４に押付力が作用しなくても、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転し続け、回転軸１２の回転運動が駆動歯車１４の直線運動に変換され続けることで、駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに軸線方向の一方側へ移動し続ける。駆動歯車１４及びガイド歯車１８が軸線方向の一方側へさらに移動すると、図４に示すように、ガイド歯車１８と駆動歯車１４の両方が被動歯車１６と噛み合う。

駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに軸線方向の一方側へさらに移動し続けると、駆動歯車１４及びガイド歯車１８のうち、ガイド歯車１８が被動歯車１６と噛み合わなくなり、駆動歯車１４だけが被動歯車１６と噛み合う。そして、図２に示すように、駆動歯車１４が所定噛合位置まで移動すると、駆動歯車１４（あるいはガイド歯車１８）の軸線方向の一端部がストッパ２６及び皿ばね２８を軸線方向の一方側へ押圧し、その反力として駆動歯車１４に軸線方向の他方側への押圧力が作用することで、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の軸線方向一方側への移動が拘束されて停止する。これによって、回転軸１２の回転運動が駆動歯車１４の直線運動に変換されなくなり、駆動歯車１４が回転軸１２とともに所定方向に回転する。したがって、駆動源１０の動力が駆動歯車１４及び被動歯車１６を介してエンジン３０の出力軸に伝達され、エンジン３０のクランキングが行われる。駆動歯車１４が所定噛合位置まで移動する際には、駆動歯車１４のねじ山２４ａは、図６から図８に示すように、回転軸１２の広幅ねじ山２２ｂ間のねじ溝２２ｄから狭幅ねじ山２２ａ間のねじ溝２２ｃに相対的に移動する。そして、皿ばね２８が発生する軸線方向他方側への反発力Ｆｓｐによって、軸線方向の他方側へ押圧される。

エンジン３０のクランキング時には、図９に示すように、圧縮行程で圧縮仕事によってエンジン３０（被動歯車１６）の回転速度が減少し、膨張行程で膨張による加速トルクによってエンジン３０の回転速度が増加する。その結果、被動歯車１６の回転負荷や回転速度に変動が発生する。膨張による加速トルクによってエンジン３０の回転速度が増加すると、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して回転方向（所定方向）に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用する。この被動歯車１６から作用する、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁によって、駆動歯車１４が回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転し、図９に示すように、被動歯車１６（エンジン３０）の回転数と、回転軸１２の回転数×（駆動歯車１４の歯数／被動歯車１６の歯数）との間に回転差が生じると、所定噛合位置にある駆動歯車１４が軸線方向の他方側へ移動してしまうことになる。この駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動によって、駆動歯車１４が被動歯車１６と噛み合わなくなると、エンジン３０のクランキングを持続できなくなる。

これに対して本実施形態では、クランキング時における膨張による加速トルクによって、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、図１０に示すように、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに当接することで、回転軸１２の当接面２２ｅから駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂに押圧力（反力）が作用し、この押圧力は軸線方向一方側への成分Ｆａ（＝Ｆｒ₁×ｔａｎα₁）を有する。この軸線方向一方側への力Ｆａが、皿ばね２８の発生する軸線方向他方側への反発力（弾性力）Ｆｓｐ以下であるときは、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに引っ掛かることで、回転軸１２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が抑制され、図１１の時刻ｔ１より前に示すように、被動歯車１６の回転数と回転軸１２の回転数×（駆動歯車１４の歯数／被動歯車１６の歯数）との間に回転差が生じることなく、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。つまり、駆動歯車１４が所定噛合位置にある場合に、駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が設定値Ｆｓｐ／ｔａｎα₁以下であるときは、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。そのため、エンジン３０のクランキング時に、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用しても、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動を抑制して、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持することができ、エンジン３０のクランキングを持続することができる。その結果、駆動源１０の動力を用いてエンジン３０を始動することができる。その際には、Ｆｓｐ／ｔａｎα₁がクランキング時における膨張による逆駆動力Ｆｒ₁以上になるように、皿ばね２８の軸線方向の弾性係数、及び当接面２２ｅの軸線方向に対する傾斜角度α₁を設計する。なお、ストッパ２６は回転軸１２とともに回転するため、駆動歯車１４がストッパ２６に当接した状態で回転しても、駆動歯車１４とストッパ２６との間に摩擦による損失は発生しない。

エンジン３０の始動後は、エンジン３０（被動歯車１６）が回転している状態で、駆動源１０による動力の発生を停止させる。図１１の時刻ｔ１より後に示すように、エンジン３０の燃焼による加速トルクによってエンジン３０（被動歯車１６）の回転速度が大きく増加すると、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して回転方向（所定方向）に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₂（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用する。この被動歯車１６から作用する、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂によって、図１２に示すように、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに当接する。回転軸１２の当接面２２ｅから駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂに作用する押圧力（反力）の軸線方向一方側への成分Ｆａ（＝Ｆｒ₂×ｔａｎα₁）が、皿ばね２８の発生する軸線方向他方側への反発力（弾性力）Ｆｓｐより大きいときは、この力Ｆａによって皿ばね２８が圧縮されながらストッパ２６が軸線方向の一方側へ移動して、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅから外れることで、回転軸１２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が許容され、図１１の時刻ｔ１より後に示すように、被動歯車１６の回転数と回転軸１２の回転数×（駆動歯車１４の歯数／被動歯車１６の歯数）との間の回転差が許容され、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。つまり、駆動歯車１４が所定噛合位置にある場合に、駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₂が設定値Ｆｓｐ／ｔａｎα₁より大きいときは、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。そのため、エンジン３０の始動後は、被動歯車１６から駆動歯車１４に作用する、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂によって、駆動歯車１４が回転軸１２に対して所定方向に相対回転し、図１３に示すように、駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに軸線方向の他方側へ移動する。その際には、Ｆｓｐ／ｔａｎα₁がエンジン３０の始動後における燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂より小さくなるように、皿ばね２８の軸線方向の弾性係数、及び当接面２２ｅの軸線方向に対する傾斜角度α₁を設計する。駆動歯車１４が所定噛合位置（図２の状態）から非噛合位置（図１の状態）まで移動する際には、駆動歯車１４のねじ山２４ａは、回転軸１２の狭幅ねじ山２２ａ間のねじ溝２２ｃから広幅ねじ山２２ｂ間のねじ溝２２ｄに相対的に移動する。

図１に示すように、駆動歯車１４が非噛合位置まで移動した状態では、駆動源１０（回転軸１２）の回転は停止し、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の回転も停止し、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の両方が被動歯車１６と噛み合っておらず、駆動歯車１４のカム面１４ｂがカムプレート３２のカム面３２ｂと接触する。そのため、エンジン３０の始動後は、エンジン３０（被動歯車１６）が回転していても、駆動歯車１４とカムプレート３２との間や、駆動歯車１４とガイド歯車１８との間等に、摺動による引き摺り損失等の機械的損失及び騒音は発生しない。

また、車両駆動用のエンジン３０および、アイドリングストップ機構を備える車両は微速走行時においてエンジン３０からの駆動を停止する場合がある。そのため、エンジン３０が動力を発生していなくても、エンジン出力軸すなわち被動歯車１６が回転している状態からエンジン３０を始動する場合も生じる。エンジン３０（被動歯車１６）が回転している状態からエンジン３０を始動する場合の動作も、基本的には、エンジン３０（被動歯車１６）の回転が停止している状態からエンジン３０を始動する場合と同様である。ただし、ガイド歯車１８と被動歯車１６が噛み合う場合に、ガイド歯車１８の歯１８ａと被動歯車１６の歯１６ａがぶつかるときは、図１４に示すように、ラチェット機構２０の解放により、ガイド歯車１８の回転方向後側（所定方向後側）のガイド側テーパ面１８ｂが被動歯車１６の回転方向前側（エンジン回転方向前側）の被動側テーパ面１６ｂ上を滑りながら、ガイド歯車１８の歯１８ａが被動歯車１６の歯１６ａ間に嵌合する。そして、ガイド歯車１８と被動歯車１６の噛み合い後に、駆動歯車１４の所定方向の回転速度がガイド歯車１８の所定方向の回転速度まで増加すると、駆動歯車１４の歯１４ａとガイド歯車１８の歯１８ａの位相が互いに一致する状態でラチェット機構２０が係合状態となる。

以上説明した本実施形態では、駆動歯車１４と回転軸１２との回転差により駆動歯車１４を軸線方向に移動させることができるため、駆動源１０の回転駆動により駆動歯車１４の嵌脱動作と回転動作の両方が可能となる。さらに、本実施形態では、駆動歯車１４を被動歯車１６と噛み合わせて駆動源１０からエンジン３０へ動力を伝達することでエンジン３０を始動する場合に、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときでも、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅに引っ掛かることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動を抑制することができる。したがって、被動歯車１６の回転負荷や回転速度に変動が発生しても、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持して駆動源１０からエンジン３０への動力伝達を継続することができ、エンジン３０のクランキングを持続することができる。その結果、エンジン３０の始動を安定して行うことができる。一方、エンジン３０の始動後に、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、駆動歯車１４のねじ山２４ａの端面２４ｂが回転軸１２の当接面２２ｅから外れることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。したがって、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを解除して駆動源１０からエンジン３０への動力伝達を遮断することができ、エンジン３０のクランキングを終了させることができる。

また、本実施形態では、エンジン３０の始動後は、エンジン３０（被動歯車１６）が回転している状態で駆動源１０（回転軸１２）の回転を停止させるが、その際には、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の両方が被動歯車１６と噛み合っておらず、駆動歯車１４及びガイド歯車１８の回転も停止するため、駆動歯車１４とカムプレート３２との間や、駆動歯車１４とガイド歯車１８との間等に、摺動による引き摺り損失等の機械的損失及び騒音は発生しない。したがって、被動歯車１６が回転している状態で駆動源１０を停止させる場合（エンジン３０の始動後）における機械的損失及び騒音を低減することができる。

さらに、本実施形態では、エンジン３０の始動を行う場合に、被動歯車１６が回転していても、ラチェット機構２０の解放によりガイド歯車１８を回転させて被動歯車１６と噛み合わせてから、駆動歯車１４を被動歯車１６と噛み合わせることができる。したがって、被動歯車１６が回転していても、駆動歯車１４を被動歯車１６と容易に噛み合わせることができる。さらに、ガイド歯車１８の回転方向後側の歯面にガイド側テーパ面１８ｂを形成し、被動歯車１６の回転方向前側の歯面に被動側テーパ面１６ｂを形成することで、被動歯車１６の回転時にガイド歯車１８を被動歯車１６と噛み合わせる際には、ガイド歯車１８のガイド側テーパ面１８ｂが被動歯車１６の被動側テーパ面１６ｂ上を滑りながら、ガイド歯車１８の歯１８ａが被動歯車１６の歯１６ａ間に嵌合する。したがって、被動歯車１６が回転していても、ガイド歯車１８を被動歯車１６とより容易に噛み合わせることができる。

「実施形態２」
図１５は、本発明の実施形態２に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の概略構成を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１と同様である。

本実施形態では、駆動歯車１４と軸線方向に対向するストッパ２６の軸線方向他方側の端部に段差が形成されていることで、駆動歯車保持部としての当接面２６ｄが形成されている。図１５では、説明の便宜上、駆動歯車１４の具体的構成の図示を省略しているが、実施形態１と同様の構成を適用可能である。ストッパ２６の当接面２６ｄは、回転軸１２の回転方向（所定方向）に対してその前側から後側にかけて軸線方向の一方側へ傾斜して形成されており、当接面２６ｄの前側端と繋がれた端面２６ｅが当接面２６ｄの後側端と繋がれた端面２６ｆより軸線方向の他方側（駆動歯車１４側）へ張り出して形成されている。ストッパ２６と軸線方向に対向する駆動歯車１４の軸線方向一方側の端部にも段差が形成されていることで、当接面１４ｄが形成されている。駆動歯車１４の当接面１４ｄも、ストッパ２６の当接面２６ｄと同様に、回転軸１２の回転方向に対してその前側から後側にかけて軸線方向の一方側へ傾斜して形成されており、当接面１４ｄの後側端と繋がれた端面１４ｆが当接面１４ｄの前側端と繋がれた端面１４ｅより軸線方向の一方側（ストッパ２６側）へ張り出して形成されている。回転軸１２の回転方向に対するストッパ２６の当接面２６ｄの傾斜角度β₂₁（０°＜β₂₁＜９０°）は、回転軸１２の回転方向に対する駆動歯車１４の当接面１４ｄの傾斜角度β₂₂（０°＜β₂₂＜９０°）に等しく（あるいはほぼ等しく）、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接可能である。駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接する状態で、駆動歯車１４が被動歯車１６と噛み合うように、当接面２６ｄの軸線方向位置が設計される。回転軸１２に形成されたねじ２２のねじ山（歯）及び溝の幅は一定であり、ねじ２２のリード角α₂（回転軸１２の回転方向に対するねじ２２の傾斜角度、０°＜α₂＜９０°）は、回転軸１２の回転方向に対する当接面２６ｄ，１４ｄの傾斜角度β₂₁，β₂₂より小さい。

本実施形態でも実施形態１と同様に、駆動源１０の動力を用いてエンジン３０を始動する場合は、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転し、駆動歯車１４が非噛合位置から軸線方向の一方側へ移動する。駆動歯車１４が軸線方向の一方側へ移動し続けると、図１６に示すように、駆動歯車１４の端面１４ｆがストッパ２６の端面２６ｅを押圧することで、ストッパ２６が軸線方向の一方側に移動して皿ばね２８が圧縮される。駆動歯車１４がストッパ２６及び皿ばね２８を軸線方向の一方側へさらに押圧して所定噛合位置まで移動すると、図１７に示すように、駆動歯車１４の端面１４ｆがストッパ２６の端面２６ｆを押圧し（あるいは駆動歯車１４の端面１４ｅがストッパ２６の端面２６ｅを押圧し）、実施形態１と同様に、その反力として駆動歯車１４に軸線方向の他方側への押圧力が作用することで、駆動歯車１４の軸線方向一方側への移動が拘束されて停止する。これによって、回転軸１２の回転運動が駆動歯車１４の直線運動に変換されなくなり、駆動歯車１４が回転軸１２とともに所定方向に回転することで、駆動源１０の動力が駆動歯車１４及び被動歯車１６を介してエンジン３０の出力軸に伝達され、エンジン３０のクランキングが行われる。

クランキング時における膨張による加速トルクによって、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、図１８に示すように、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接することで、駆動歯車１４の当接面１４ｄからストッパ２６の当接面２６ｄに押圧力が作用し、この押圧力は軸線方向一方側への成分Ｆａ（＝Ｆｒ₁／ｔａｎβ₂₁）を有する。この軸線方向一方側への力Ｆａが、皿ばね２８の発生する軸線方向他方側への反発力（弾性力）Ｆｓｐ以下であるときは、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに引っ掛かることで、回転軸１２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が抑制され、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。つまり、駆動歯車１４が所定噛合位置にある場合に、駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が設定値Ｆｓｐ×ｔａｎβ₂₁以下であるときは、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。そのため、エンジン３０のクランキング時に、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用しても、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動を抑制して、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持することができ、エンジン３０のクランキングを持続することができる。その際には、Ｆｓｐ×ｔａｎβ₂₁がクランキング時における膨張による逆駆動力Ｆｒ₁以上になるように、皿ばね２８の軸線方向の弾性係数、及び回転軸１２の回転方向に対する当接面２６ｄの傾斜角度β₂₁を設計する。

エンジン３０の始動後には、燃焼による加速トルクによって、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₂（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用することで、図１９に示すように、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接する。駆動歯車１４の当接面１４ｄからストッパ２６の当接面２６ｄに作用する押圧力の軸線方向一方側への成分Ｆａ（＝Ｆｒ₂／ｔａｎβ₂₁）が、皿ばね２８の発生する軸線方向他方側への反発力Ｆｓｐより大きいときは、この力Ｆａによって皿ばね２８が圧縮されながらストッパ２６が軸線方向の一方側へ移動して、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄから外れることで、回転軸１２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が許容され、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。つまり、駆動歯車１４が所定噛合位置にある場合に、駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₂が設定値Ｆｓｐ×ｔａｎβ₂₁より大きいときは、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。そのため、エンジン３０の始動後は、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂によって、駆動歯車１４が回転軸１２に対して所定方向に相対回転し、駆動歯車１４が軸線方向の他方側へ非噛合位置まで移動する。その際には、Ｆｓｐ×ｔａｎβ₂₁がエンジン３０の始動後における燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂より小さくなるように、皿ばね２８の軸線方向の弾性係数、及び回転軸１２の回転方向に対する当接面２６ｄの傾斜角度β₂₁を設計する。

以上説明した本実施形態では、駆動歯車１４を被動歯車１６と噛み合わせて駆動源１０からエンジン３０へ動力を伝達することでエンジン３０を始動する場合に、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときでも、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに引っ掛かることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動を抑制することができる。したがって、被動歯車１６の回転負荷や回転速度に変動が発生しても、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持して駆動源１０からエンジン３０への動力伝達を継続することができ、エンジン３０のクランキングを持続することができる。一方、エンジン３０の始動後に、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄから外れることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。したがって、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを解除して駆動源１０からエンジン３０への動力伝達を遮断することができ、エンジン３０のクランキングを終了させることができる。

「実施形態３」
図２０は、本発明の実施形態３に係る歯車嵌脱装置を備えるエンジン始動装置の概略構成を示す図である。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１，２と同様である。

本実施形態では、実施形態２と比較して、ストッパ２６は、回転軸１２に対する軸線方向の相対移動が拘束されるとともに回転軸１２に対する相対回転が可能な状態で、回転軸１２に支持されている。さらに、回転軸１２の周方向に弾性を有するばね２９を介してストッパ２６と回転軸１２が接続されており、ばね２９がストッパ２６と回転軸１２の相対回転角度に応じた反発力（弾性力）を発生する。ねじ２２のリード角α₂は、回転軸１２の回転方向に対する当接面２６ｄ，１４ｄの傾斜角度β₂₁，β₂₂より大きい。図２０では、説明の便宜上、駆動歯車１４の具体的構成の図示を省略しているが、実施形態１と同様の構成を適用可能である。

本実施形態でも実施形態１，２と同様に、駆動源１０の動力を用いてエンジン３０を始動する場合は、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転し、駆動歯車１４が非噛合位置から軸線方向の一方側へ移動する。駆動歯車１４が軸線方向の一方側へ移動し続けると、図２１に示すように、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接し始めることで、駆動歯車１４がストッパ２６を回転軸１２の回転方向（所定方向）へ押圧し、ストッパ２６が回転軸１２に対して所定方向に相対回転してばね２９が伸びる。ばね２９が伸びることで発生する所定方向と反対側の反発力（弾性力）によって、ストッパ２６から駆動歯車１４に所定方向と反対側の反力が作用する。駆動歯車１４がストッパ２６をさらに押圧して所定噛合位置まで移動すると、図２２に示すように、駆動歯車１４の端面１４ｆがストッパ２６の端面２６ｆを押圧し（あるいは駆動歯車１４の端面１４ｅがストッパ２６の端面２６ｅを押圧し）、その反力として駆動歯車１４に軸線方向の他方側への押圧力が作用することで、駆動歯車１４の軸線方向一方側への移動が拘束されて停止する。これによって、回転軸１２の回転運動が駆動歯車１４の直線運動に変換されなくなり、駆動歯車１４が回転軸１２とともに所定方向に回転することで、駆動源１０の動力が駆動歯車１４及び被動歯車１６を介してエンジン３０の出力軸に伝達され、エンジン３０のクランキングが行われる。

クランキング時における膨張による加速トルクによって、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、図２３に示すように、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接することで、駆動歯車１４の当接面１４ｄからストッパ２６の当接面２６ｄに押圧力が作用する。この押圧力の所定方向（回転軸１２の回転方向）の成分Ｆｒ₁が、ばね２９の発生する所定方向と反対側の反発力（弾性力）Ｆｓｐ以下であるときは、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに引っ掛かることで、回転軸１２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が抑制され、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。つまり、駆動歯車１４が所定噛合位置にある場合に、駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₁が設定値Ｆｓｐ以下であるときは、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が抑制される。そのため、エンジン３０のクランキング時に、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用しても、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動を抑制して、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持することができ、エンジン３０のクランキングを持続することができる。その際には、Ｆｓｐがクランキング時における膨張による逆駆動力Ｆｒ₁以上になるように、回転軸１２の周方向に関するばね２９の弾性係数を設計する。

エンジン３０の始動後には、燃焼による加速トルクによって、所定噛合位置にある駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₂（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用することで、図２４に示すように、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに当接する。駆動歯車１４の当接面１４ｄからストッパ２６の当接面２６ｄに作用する押圧力の所定方向の成分Ｆｒ₂が、ばね２９の発生する所定方向と反対側の反発力Ｆｓｐより大きいときは、この力Ｆｒ₂によってばね２９が伸びながらストッパ２６が回転軸１２に対して所定方向に相対回転して、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄから外れることで、回転軸１２に対する駆動歯車１４の所定方向の相対回転が許容され、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。つまり、駆動歯車１４が所定噛合位置にある場合に、駆動歯車１４を回転軸１２に対して所定方向に相対的に回転させようとする逆駆動力Ｆｒ₂が設定値Ｆｓｐより大きいときは、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。そのため、エンジン３０の始動後は、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂によって、駆動歯車１４が回転軸１２に対して所定方向に相対回転し、駆動歯車１４が軸線方向の他方側へ非噛合位置まで移動する。その際には、Ｆｓｐがエンジン３０の始動後における燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂より小さくなるように、回転軸１２の周方向に関するばね２９の弾性係数を設計する。

以上説明した本実施形態でも、駆動歯車１４を被動歯車１６と噛み合わせて駆動源１０からエンジン３０へ動力を伝達することでエンジン３０を始動する場合に、膨張による逆駆動力Ｆｒ₁が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときでも、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄに引っ掛かることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動を抑制することができる。したがって、被動歯車１６の回転負荷や回転速度に変動が発生しても、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを維持して駆動源１０からエンジン３０への動力伝達を継続することができ、エンジン３０のクランキングを持続することができる。一方、エンジン３０の始動後に、燃焼による逆駆動力Ｆｒ₂（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）が被動歯車１６から駆動歯車１４に作用したときは、駆動歯車１４の当接面１４ｄがストッパ２６の当接面２６ｄから外れることで、駆動歯車１４の軸線方向他方側への移動が許容される。したがって、駆動歯車１４と被動歯車１６との噛み合いを解除して駆動源１０からエンジン３０への動力伝達を遮断することができ、エンジン３０のクランキングを終了させることができる。

各実施形態において、駆動歯車１４に対する回転軸１２の相対回転に応じて、駆動歯車１４を回転軸１２に対して軸線方向に移動させるための構成は、回転軸１２と駆動歯車１４とのねじ係合に限られるものではなく、例えば、回転軸１２と駆動歯車１４とのヘリカルスプライン係合により駆動歯車１４を回転軸１２に支持してもよいし、ボールねじ機構を介して駆動歯車１４を回転軸１２に支持してもよい。

また、各実施形態では、エンジン３０の始動を行う場合に、駆動歯車１４の軸線方向一方側（被動歯車１６側）への移動を開始させるための機構として、カムプレート３２以外の機構を用いることも可能である。図２５に示す構成例では、駆動歯車１４の外周部（歯１４ａより軸線方向他方側の位置）に、軸線方向に沿って（あるいはほぼ沿って）延びる歯及び溝が形成されたスプライン３４が設けられ、回転の固定されたハウジング１５の内周部に、軸線方向に沿って（あるいはほぼ沿って）延びる歯及び溝が形成されたスプライン３５が設けられている。駆動歯車１４が非噛合位置にあるときに、スプライン３４の歯がスプライン３５の溝に嵌合する（スプライン３５の歯がスプライン３４の溝に嵌合する）ことで、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の回転が拘束される。ただし、スプライン３４の歯がスプライン３５の溝に沿って軸線方向に移動可能である（スプライン３５の歯がスプライン３４の溝に沿って軸線方向に移動可能である）ため、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の軸線方向の移動は許容される。このように、駆動歯車１４が非噛合位置にあるときに、スプライン３４，３５同士の係合によって、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の軸線方向の移動が許容されるとともに、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の回転が拘束される。なお、駆動歯車１４とハウジング１５のスプライン係合の代わりにキー係合によっても、駆動歯車１４が非噛合位置にあるときに、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の軸線方向の移動を許容しつつ、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の回転を拘束することが可能である。また、スプライン３４，３５はヘリカルスプラインであってもよく、その場合でも、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の軸線方向の移動を許容しつつ、駆動歯車１４の所定方向の回転速度が回転軸１２の所定方向の回転速度より低くなるように、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の回転を制限することが可能である。

図２５に示す構成例でも、エンジン３０の始動を行う場合は、駆動源１０に動力を発生させて回転軸１２を所定方向（駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に反時計方向）に回転させる。駆動歯車１４はスプライン３４，３５同士の係合によってハウジング１５に対する回転が拘束または制限されているため、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転し、駆動歯車１４がガイド歯車１８とともに軸線方向の一方側（被動歯車１６側）へ移動する。このように、駆動歯車１４が非噛合位置にあり、回転軸１２が所定方向に回転するときに、回転の固定されたハウジング１５から駆動歯車１４にスプライン３４，３５同士の係合による回転拘束力を抵抗力として作用させて駆動歯車１４に負荷をかけることで、駆動歯車１４の所定方向の回転を拘束または制限することができる。これによって、駆動歯車１４を軸線方向の一方側へ移動させるための力をハウジング１５から駆動歯車１４へ作用させることができ、駆動歯車１４の軸線方向一方側（被動歯車１６側）への移動を開始させることができる。その際には、駆動歯車１４が非噛合位置にあるときからガイド歯車１８が被動歯車１６と噛み合うまで、ハウジング１５に対する駆動歯車１４の軸線方向の移動を許容しつつ、スプライン３４，３５同士の係合による回転拘束力を抵抗力（軸線方向の一方側へ移動させるための力）として駆動歯車１４に作用させ続ける。ガイド歯車１８が被動歯車１６と噛み合った後は、スプライン３４，３５同士の係合が解除される（駆動歯車１４に回転拘束力が作用しなくなる）ことで駆動歯車１４の回転が許容され、エンジン３０の回転要素を含む被動歯車１６側の回転要素が駆動歯車１４の負荷となる。

また、図２６に示す構成例では、ガイド歯車１８及びラチェット機構２０が省略されている。そして、駆動歯車１４の外周部（歯１４ａより軸線方向他方側の位置）に摩擦面１４ｃが形成されており、摩擦材３６が押圧ばね３８を介してハウジング１５に取り付けられている。駆動歯車１４が非噛合位置にあるときに、押圧ばね３８の付勢力によって摩擦材３６が駆動歯車１４の摩擦面１４ｃを径方向内側へ押圧することで、回転の固定された摩擦材３６から駆動歯車１４の摩擦面１４ｃに摩擦力が作用する。なお、押圧ばね３８の付勢力の代わりに油圧力や電磁力によっても、摩擦材３６から駆動歯車１４の摩擦面１４ｃに摩擦力を作用させることが可能であり、摩擦材３６から駆動歯車１４の摩擦面１４ｃに作用する摩擦力の大きさは、押圧ばね３８の付勢力（あるいは油圧力や電磁力）により調整可能である。

図２６に示す構成例でも、エンジン３０の始動を行う場合は、駆動源１０に動力を発生させて回転軸１２を所定方向（駆動源１０側（図の右側）から回転軸１２を見た場合に反時計方向）に回転させる。駆動歯車１４は回転軸１２とともに所定方向に回転しようとするが、回転の固定された摩擦材３６から駆動歯車１４の摩擦面１４ｃに摩擦力が作用することで、回転軸１２が駆動歯車１４に対して所定方向に相対的に回転し、駆動歯車１４が軸線方向の一方側（被動歯車１６側）へ移動する。その際には、駆動歯車１４の回転を拘束するように、摩擦材３６から駆動歯車１４の摩擦面１４ｃに作用する摩擦力の大きさを調整することも可能であるし、駆動歯車１４の回転速度が回転軸１２の回転速度より低い状態で駆動歯車１４が所定方向に回転するように、摩擦材３６から駆動歯車１４の摩擦面１４ｃに作用する摩擦力の大きさを調整することも可能である。このように、本実施形態では、駆動歯車１４が非噛合位置にあり、回転軸１２が所定方向に回転するときに、回転の固定された摩擦材３６から駆動歯車１４に摩擦力を抵抗力として作用させて駆動歯車１４に負荷をかけることで、駆動歯車１４の所定方向の回転を拘束または低減することができる。これによって、駆動歯車１４を軸線方向の一方側へ移動させるための力を摩擦材３６から駆動歯車１４へ作用させることができ、駆動歯車１４の軸線方向一方側（被動歯車１６側）への移動を開始させることができる。その際には、駆動歯車１４が非噛合位置にあるときから被動歯車１６と噛み合うまで、摩擦材３６から駆動歯車１４に摩擦力を抵抗力（軸線方向の一方側へ移動させるための力）として駆動歯車１４に作用させ続ける。駆動歯車１４が被動歯車１６と噛み合った後は、摩擦材３６が駆動歯車１４の摩擦面１４ｃと接触しなくなる（摩擦材３６から駆動歯車１４に摩擦力が作用しなくなる）ことで駆動歯車１４の回転が許容され、エンジン３０の回転要素を含む被動歯車１６側の回転要素が駆動歯車１４の負荷となる。

本実施形態に係る歯車嵌脱装置の適用対象は、エンジン始動装置に限られるものではなく、例えばマニュアルトランスミッションのシンクロ機構等、回転中の歯車嵌脱操作を必要とする機構にも適用可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 駆動源、１２ 回転軸、１３ ベアリング、１４ 駆動歯車、１４ａ，１６ａ，１８ａ 歯、１４ｂ，３２ｂ カム面、１４ｃ 摩擦面、１４ｄ，２２ｅ，２６ｄ 当接面、１４ｅ，１４ｆ，２４ｂ，２６ｅ，２６ｆ 端面、１５ ハウジング、１６ 被動歯車、１６ｂ 被動側テーパ面、１８ ガイド歯車、１８ｂ ガイド側テーパ面、２０ ラチェット機構、２２，２４ ねじ、２２ａ 狭幅ねじ山、２２ｂ 広幅ねじ山、２２ｃ，２２ｄ ねじ溝、２４ａ ねじ山、２６ ストッパ、２８ 皿ばね、２９ ばね、３０ エンジン、３２ カムプレート、３４，３５ スプライン、３６ 摩擦材、３８ 押圧ばね。

Claims (6)

1. 駆動源からの動力が伝達されることで所定方向に回転する回転軸と、
   回転軸に支持された駆動歯車であって、回転軸が該駆動歯車に対して前記所定方向に相対的に回転するのに応じて、回転軸の軸線方向の一方側へ移動する駆動歯車と、
   駆動歯車が軸線方向の所定噛合位置にある場合に駆動歯車と噛み合う被動歯車と、
   駆動歯車が前記所定噛合位置より軸線方向の一方側へ移動するのを抑制するための移動抑制装置と、
   を備え、
   駆動歯車が前記所定噛合位置にある場合に、駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする設定値以下の力が作用したときは、駆動歯車の軸線方向の他方側への移動を抑制し、駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする設定値より大きい力が作用したときは、駆動歯車の軸線方向の他方側への移動を許容する駆動歯車保持部が回転軸または移動抑制装置に設けられている、歯車嵌脱装置。
2. 請求項１に記載の歯車嵌脱装置であって、
   移動抑制装置は、回転軸に対する相対回転が拘束されるとともに、回転軸に対する軸線方向の相対移動が可能であり、さらに、駆動歯車が前記所定噛合位置にある場合は、軸線方向の一方側への移動に応じて駆動歯車に軸線方向の他方側への力を作用させ、
   回転軸には、軸線方向に対してその一方側から他方側にかけて前記所定方向と反対側へ傾斜した当接面であって、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに駆動歯車が当接する当接面が前記駆動歯車保持部として設けられている、歯車嵌脱装置。
3. 請求項２に記載の歯車嵌脱装置であって、
   回転軸に形成されたねじと駆動歯車に形成されたねじとの係合により、駆動歯車が回転軸に支持され、
   前記当接面は回転軸のねじに設けられ、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに、駆動歯車のねじの軸線方向他方側に関する端部が前記当接面に当接する、歯車嵌脱装置。
4. 請求項１に記載の歯車嵌脱装置であって、
   回転軸に形成されたねじと駆動歯車に形成されたねじとの係合により、駆動歯車が回転軸に支持され、
   移動抑制装置は、回転軸に対する相対回転が拘束されるとともに、回転軸に対する軸線方向の相対移動が可能であり、さらに、駆動歯車が前記所定噛合位置にある場合は、軸線方向の一方側への移動に応じて駆動歯車に軸線方向の他方側への力を作用させ、
   移動抑制装置には、回転軸の回転方向に対してその前側から後側にかけて軸線方向の一方側へ傾斜した当接面であって、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに駆動歯車が当接する当接面が前記駆動歯車保持部として設けられており、
   ねじのリード角が、回転軸の回転方向に対する前記当接面の傾斜角度より小さい、歯車嵌脱装置。
5. 請求項１に記載の歯車嵌脱装置であって、
   回転軸に形成されたねじと駆動歯車に形成されたねじとの係合により、駆動歯車が回転軸に支持され、
   移動抑制装置は、回転軸に対する軸線方向の相対移動が拘束されるとともに、回転軸に対する相対回転が可能であり、さらに、駆動歯車が前記所定噛合位置に移動する場合は、回転軸に対する前記所定方向の相対回転に応じて駆動歯車に前記所定方向と反対側の力を作用させ、
   移動抑制装置には、回転軸の回転方向に対してその前側から後側にかけて軸線方向の一方側へ傾斜した当接面であって、前記所定噛合位置にある駆動歯車を回転軸に対して前記所定方向に相対的に回転させようとする力が作用したときに駆動歯車が当接する当接面が前記駆動歯車保持部として設けられており、
   ねじのリード角が、回転軸の回転方向に対する前記当接面の傾斜角度より大きい、歯車嵌脱装置。
6. 動力を発生する駆動源と、
   請求項１〜５のいずれか１に記載の歯車嵌脱装置と、
   を備え、
   被動歯車と連結されたエンジンの始動を行う、エンジン始動装置。

Images