JP2015075081A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオンギアとリングギアとが正常に噛み合うまでモータへの電力供給を開始しない構成を有するスタータを提供する。【解決手段】本発明の車両に搭載されるスタータ１は、モータ３３の回転を伝えるピニオンギア３１とエンジン側またはトランスミッション側のリングギア３２との噛合状態を切り替える第１のアクチュエータ１０と、モータ３３に対する電力の供給状態を切り替える第２のアクチュエータ２０とを備える。第１のアクチュエータ１０は、ピニオンギア３１とリングギア３２とが噛み合うことによって、第２のアクチュエータ２０と電気的に接触する状態に遷移し、第２のアクチュエータ２０は、第１のアクチュエータ１０が接触する状態に遷移したことを受けて、第１のアクチュエータ１０を経由したモータ３３に対する電力の供給が可能な状態に遷移する。【選択図】図１

Description

本発明は、ピニオンギアを介してモータの回転をリングギアに伝達するための駆動機構に用いられるスタータであって、好適には車両などに搭載されるスタータに関する。

図３に、車両に搭載される従来のスタータ１０１を用いた車両構造の一部分を概略的に示す。図３に示す車両の構造は、車両の走行などに用いられる回転力を発生させるモータ３３と、モータ３３の回転軸に設けられたピニオンギア３１と、ピニオンギア３１と噛み合うことでモータ３３の回転力が伝達されるエンジン側またはトランスミッション側のリングギア３２と、ピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせおよびモータ３３への電力供給を制御するスタータ１０１とで、構成されている。

従来のスタータ１０１は、プランジャ１１１および１２１と、ソレノイド１１３および１２４と、レバースイッチ１１４と、固定接点１２３ａおよび１２３ｂとを含んでいる。
ソレノイド１１３は、導線を円筒状に均一に巻いたコイルであり、導線に電流を流すことによってコイル内に磁界をつくることができる。このソレノイド１１３のコイル内側には、可動型の鉄心となるプランジャ１１１が挿入されている。同様に、ソレノイド１２４も、導線を円筒状に均一に巻いたコイルであり、コイル内側にプランジャ１２１が挿入されている。プランジャ１１１には、ピニオンギア３１を移動させるためのレバースイッチ１４が可動自在に連結されている。固定接点１２３ａと固定接点１２３ｂとは、予め定めた間隙を有して電気的に絶縁されており、プランジャ１２１が接触することで電気的に導通する構造である。

スタータ１０１の動作開始が指示されると、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第１のリレー装置５１に対してリレー動作信号が出力され、第１のリレー装置５１がオン状態となる。これにより、ソレノイド１１３のコイルに第１の駆動信号が供給される。
コイルに第１の駆動信号が供給されたソレノイド１１３は、プランジャ１１１に電磁力を与える。この電磁力によって、プランジャ１１１が矢印で示す方向に引き込まれる。これにより、プランジャ１１１に連結されているレバースイッチ１４がピニオンギア３１を移動させ、ピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせを行う。

第１のリレー装置５１がオン状態にした後、所定の時間が経過すると、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第２のリレー装置５２に対してリレー動作信号が出力され、第２のリレー装置５２がオン状態となる。これにより、ソレノイド１２４のコイルに第２の駆動信号が供給される。
コイルに第２の駆動信号が供給されたソレノイド１２４は、プランジャ１２１に電磁力を与える。この電磁力によって、プランジャ１２１が矢印で示す方向に引き込まれる。これにより、固定接点１２３ａと固定接点１２３ｂとがプランジャ１２１を介して電気的に導通し、電源＋Ｂからモータ３３に電力が供給される。

特開２０１１−１６９３０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来のスタータ１０１では、ピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせ動作と、モータ３３への電力供給動作とを、２つのリレー装置のスイッチタイミングをずらしたソフトウエア制御で行っている。従って、ピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせ動作を開始してから所定の時間が経過すると、直ちにモータ３３への電力供給が開始される。

このため、従来のスタータ１０１による制御では、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合っていないにも関わらず、モータ３３への電力供給が開始されてピニオンギア３１が回転を始めてしまうという不具合が生じるおそれがある。このような不具合は、クランキング時の異音、エンジンの始動不良、およびギアの磨耗などを発生させるので問題である。

それ故に、本発明の目的は、ピニオンギアとリングギアとが正常に噛み合うまでモータへの電力供給を開始しない構成を有するスタータを提供することである。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、車両に搭載されるスタータであって、モータの回転を伝えるピニオンギアとエンジン側またはトランスミッション側のリングギアとの噛合状態を切り替える第１のアクチュエータと、モータに対する電力の供給状態を切り替える第２のアクチュエータとを備え、第１のアクチュエータは、ピニオンギアとリングギアとが噛み合うことによって、第２のアクチュエータと電気的に接触する状態に遷移し、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータが接触する状態に遷移したことを受けて、第１のアクチュエータを経由したモータへの電力の供給が可能な状態に遷移することを特徴とする、スタータである。

上記本発明によれば、ピニオンギアとリングギアとが正常に噛み合っていなければモータへの電力供給を行わないことを、ハードウエア構成によって実現することにより、従来のソフトウエア構成のように、ピニオンギアとリングギアとが正常に噛み合っていない状態であってもモータが回転してしまうという不具合を防ぐことができる。よって、クランキング時の異音、エンジンの始動不良、およびギアの磨耗などの懸念事項をなくすことができる。

本発明の一実施形態に係るスタータ１を用いた車両構造の一部分を概略的に示した図 本発明の一実施形態に係るスタータ１が行う動作を段階に説明する図 本発明の一実施形態に係るスタータ１が行う動作を段階に説明する図 本発明の一実施形態に係るスタータ１が行う動作を段階に説明する図 従来のスタータ１０１を用いた車両構造の一部分を概略的に示した図

本発明は、ピニオンギアを介してモータの回転をリングギアに伝達するための駆動機構であって、好適には車両に搭載されるスタータに用いられる。なお、本発明は、モータとギアとを使用する装置であれば、車両に搭載されるスタータ以外の装置構成に用いることが可能である。
以下、車両に搭載されるスタータを一例に挙げて、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスタータ１を用いた車両構造の一部分を概略的に示した図である。
図１に例示する車両の構造は、車両の走行などに用いられる回転力を発生させるモータ３３と、モータ３３の回転軸に設けられたピニオンギア３１と、ピニオンギア３１と噛み合うことでモータ３３の回転力が伝達されるエンジン側またはトランスミッション側のリングギア３２と、ピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせおよびモータ３３への電力供給を制御するスタータ１とで、構成されている。

（１）スタータ１の構成
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るスタータ１の概略構成を説明する。
本実施形態に係るスタータ１の構成は、第１のアクチュエータ１０と、第２のアクチュエータ２０とに、機能的に分かれる。

スタータ１が備える第１のアクチュエータ１０は、主としてピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせを実行する機構である。この第１のアクチュエータ１０は、プランジャ１１と、可動接点１２ａおよび可動接点１２ｂと、ソレノイド１３と、レバースイッチ１４とを含んでいる。

ソレノイド１３は、導線を円筒状に均一に巻いたコイルであり、導線に電流を流すことによってコイル内に磁界をつくることができる。このソレノイド１３のコイル内側には、例えば可動型の鉄心となるプランジャ１１が挿入されている。
この構造により、ソレノイド１３のコイルに電流（第１の駆動信号）を流すことでコイルが励磁されて、プランジャ１１に電磁力を与えて直進運動（図１における右方向の移動）を生じさせることができる。

第２のアクチュエータ２０と対向するプランジャ１１の一方端部には、導電性材料からなる可動接点１２ａおよび可動接点１２ｂが設けられている。この可動接点１２ａと可動接点１２ｂとは、予め定めた間隙を有して電気的に絶縁された位置、大きさ、および形状によって、プランジャ１１の上述した一方端部に設けられている。
なお、可動接点１２ａおよび可動接点１２ｂの位置、大きさ、および形状は、後述する各アクチュエータの動作に応じて、第２のアクチュエータ２０の可動接点２２が接触することで、可動接点１２ａと可動接点１２ｂとが導通する位置、大きさ、および形状であればよい。

また、プランジャ１１の一方端部と逆側である他方端部には、レバースイッチ１４の一方腕が可動自在に連結されている。レバースイッチ１４は、中央部に回動軸を有したシーソー型のレバースイッチである。このレバースイッチ１４の他方腕は、ピニオンギア３１と接触しており、プランジャ１１の直進運動に伴うレバースイッチ１４の一方腕の動きに応じてピニオンギア３１を移動させ、ピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせ状態を切り替える。
なお、図１に示したレバースイッチ１４は一例であってこれに限られるものではなく、プランジャ１１の直進運動に伴ってピニオンギア３１とリングギア３２との噛み合わせ状態を切り替えることができる機構であれば、他の機構を採用しても構わない。

一方、スタータ１が備える第２のアクチュエータ２０は、主としてモータ３３への電力供給を実行する機構である。この第２のアクチュエータ２０は、プランジャ２１と、可動接点２２と、固定接点２３ａおよび固定接点２３ｂと、ソレノイド２４とを含んでいる。

ソレノイド２４は、導線を円筒状に均一に巻いたコイルであり、導線に電流を流すことによってコイル内に磁界をつくることができる。このソレノイド２４のコイル内側には、例えば可動型の鉄心となるプランジャ２１が挿入されている。このソレノイド２４が上述したソレノイド１３と大きく異なる点は、コイルの信号入力側が第１のアクチュエータ１０側の可動接点１２ａに接続されている点である。
この構造により、ソレノイド２４のコイルに電流（第２の駆動信号）を流すことでコイルが励磁されて、プランジャ２１に電磁力を与えて直進運動（図１における左方向の移動）を生じさせることができる。

第１のアクチュエータ１０と対向するプランジャ２１の一方端部には、導電性材料からなる可動接点２２が設けられている。この可動接点２２は、後述する各アクチュエータの動作に応じて、第１のアクチュエータ１０のプランジャ１１に設けられた可動接点１２ａと可動接点１２ｂとを短絡させる位置、大きさ、および形状を有している。すなわち、可動接点２２は、可動接点１２ａと可動接点１２ｂが有する間隙を覆うための十分な位置、大きさ、および形状で形成されている。

また、可動接点２２が設けられたプランジャ２１およびソレノイド２４の外側には、導電性材料からなる固定接点２３ａおよび固定接点２３ｂが設けられている。この固定接点２３ａと固定接点２３ｂとは、予め定めた間隙を有して電気的に絶縁されており、かつ、可動接点２２が設けられたプランジャ２１およびソレノイド２４とも、予め定めた間隙を有して電気的に絶縁された位置、大きさ、および形状で形成されている。
この２つの固定接点のうち、一方の固定接点２３ａには、第２の駆動信号を入力する配線および電源＋Ｂを印加する配線が接続されている。また、他方の固定接点２３ｂは、モータ３３の電源供給端子に接続されている。

ここで、第１のアクチュエータ１０と対向する固定接点２３ａの一方端部は、可動接点２２の端部よりも可動接点１２ａ側に突出しており、プランジャ１１の直進運動に伴う可動接点１２ａの移動の際には、可動接点２２よりも先に可動接点１２ａと電気的に接触する位置、大きさ、および形状で形成されている。
同様に、第１のアクチュエータ１０と対向する固定接点２３ｂの一方端部は、可動接点２２の端部よりも可動接点１２ｂ側に突出しており、プランジャ１１の直進運動に伴う可動接点１２ｂの移動の際には、可動接点２２よりも先に可動接点１２ｂと電気的に接触する位置、大きさ、および形状で形成されている。

（２）スタータ１の動作
次に、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照して、本発明の一実施形態に係るスタータ１の動作を説明する。
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、それぞれ本発明の一実施形態に係るスタータ１が行う動作を段階的に説明する図である。

＜図２Ａの状態（ａ）＞
スタータ１の動作開始が指示されると、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第１のリレー装置５１に対してリレー動作信号が出力され、第１のリレー装置５１がオン状態となる。これにより、第１のアクチュエータ１０のソレノイド１３のコイルに第１の駆動信号が供給される。
コイルに第１の駆動信号が供給されたソレノイド１３は、プランジャ１１に電磁力を与える。この電磁力によって、プランジャ１１が矢印で示す第２のアクチュエータ２０側に引き込まれる。

＜図２Ａの状態（ｂ）＞
第２のアクチュエータ２０側に引き込まれることに伴って、プランジャ１１に可動自在に連結されたレバースイッチ１４が矢印で示す方向に動く。これにより、レバースイッチ１４の他方腕と接触しているピニオンギア３１がリングギア３２の方向にスライド移動して、ピニオンギア３１とリングギア３２とが噛み合った状態になる。
このピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合った状態になってはじめて、第１のアクチュエータ１０側の可動接点１２ａと第２のアクチュエータ２０側の固定接点２３ａとが、また第１のアクチュエータ１０側の可動接点１２ｂと第２のアクチュエータ２０側の固定接点２３ｂとが、それぞれ接触する。本実施形態のスタータ１の構成では、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合っていなければ、プランジャ１１が第２のアクチュエータ２０側引き込まれたとしても可動接点１２ａが固定接点２３ａにはかつ可動接点１２ｂが固定接点２３ｂには、物理的に届かない。すなわち、本実施形態のスタータ１は、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合うまで、可動接点１２ａと固定接点２３ａとが、また可動接点１２ｂと固定接点２３ｂとが、それぞれ電気的に導通しない機構としている。

＜図２Ｂの状態（ｃ）＞
電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第１のリレー装置５１に対してリレー動作信号が出力された後、所定の時間が経過すると電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第２のリレー装置５２に対してリレー動作信号が出力され、第２のリレー装置５１がオン状態となる。
ここで、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合って可動接点１２ａと固定接点２３ａとが電気的に導通している場合、図２Ｂに示すように可動接点１２ａおよび固定接点２３ａを介して、第２のアクチュエータ２０のソレノイド２４のコイルに第２の駆動信号が供給される（網掛け箇所）。一方、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合っておらず、可動接点１２ａと固定接点２３ａとが接触していない場合には、第２のリレー装置５１がオン状態になったとしても、ソレノイド２４のコイルには第２の駆動信号が供給されない。
コイルに第２の駆動信号が供給されたソレノイド２４は、プランジャ２１に電磁力を与える。この電磁力によって、プランジャ２１が矢印で示す第１のアクチュエータ１０側に引き込まれる。

＜図２Ｂの状態（ｄ）＞
第１のアクチュエータ１０側に引き込まれることによって、プランジャ２１に設けられた可動接点２２が、第１のアクチュエータ１０側の可動接点１２ａおよび可動接点１２ｂの双方と接触する。
これにより、可動接点１２ａと可動接点１２ｂとが、可動接点２２を介して電気的に導通する。さらに、可動接点１２ｂと固定接点２３ｂとは状態（ｂ）においてすでに接触しているため、固定接点２３ａ→可動接点１２ａ→可動接点２２→可動接点１２ｂ→固定接点２３ｂによって電気的導通経路が構築される（網掛け箇所）。

＜図２Ｃの状態（ｅ）＞
固定接点２３ａと固定接点２３ｂとが電気的に導通することで、電源＋Ｂがモータ３３に供給され（図中の矢印）、モータ３３が回転を始める。モータ３３の回転力は、回転軸に設けられたピニオンギア３１に伝わり、さらに正常に噛み合ったリングギア３２に伝えられる。

以上のように、本発明の一実施形態に係るスタータ１によれば、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合っていなければ、モータ３３への電力供給を行わないことを、ハードウエア構成によって実現する。
これにより、従来のソフトウエア構成のように、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合っていない状態であってもモータ３３が回転してしまうという不具合を防ぐことができる。よって、クランキング時の異音、エンジンの始動不良、およびギアの磨耗などの懸念事項がなくなる。

なお、上記実施形態では、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第１のリレー装置５１に対してリレー動作信号が出力された後、所定の時間が経過すると電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第２のリレー装置５２に対してリレー動作信号が出力される場合を説明した。しかし、本発明のスタータ１は、特徴的なハードウエア構造によって、ピニオンギア３１とリングギア３２とが正常に噛み合って可動接点１２ａと固定接点２３ａとが電気的に導通するまで、モータ３３に電力が供給されない構造をとっている。よって、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０から第１および第２のリレー装置５１および５２に対して同時にリレー動作信号を出力して、第１および第２のリレー装置５１および５２を同時にオン状態にしても構わない。

本発明のスタータは、ピニオンギアを介してモータの回転をリングギアに伝達するための駆動機構などに利用可能であり、特に車両のスタータなどに適している。

１、１０１ スタータ
１０ 第１のアクチュエータ
１１、２１、１１１、１２１ プランジャ
１２ａ、１２ｂ、２２ 可動接点
１３、２４、１１３、１２４ ソレノイド
１４、１１４ レバースイッチ
２０ 第２のアクチュエータ
２３ａ、２３ｂ、１２３ａ、１２３ｂ 固定接点
３１ ピニオンギア
３２ リングギア
３３ モータ
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５１、５２ リレー装置

Claims (1)

1. 車両に搭載されるスタータであって、
   モータの回転を伝えるピニオンギアとエンジン側またはトランスミッション側のリングギアとの噛合状態を切り替える第１のアクチュエータと、
   前記モータに対する電力の供給状態を切り替える第２のアクチュエータとを備え、
   前記第１のアクチュエータは、前記ピニオンギアと前記リングギアとが噛み合うことによって、前記第２のアクチュエータと電気的に接触する状態に遷移し、
   前記第２のアクチュエータは、前記第１のアクチュエータが接触する状態に遷移したことを受けて、前記第１のアクチュエータを経由した前記モータへの電力の供給が可能な状態に遷移することを特徴とする、スタータ。

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