JP2020112239A - ピニオンギア及び始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランキング時に生じる音を抑制できるピニオンギア及び始動装置を提供することにある。【解決手段】内燃機関を始動させるスタータ１０の駆動軸１３に固定され、内燃機関のリングギア５０に噛み合った状態でリングギア５０を回転させるピニオンギア２０であって、複数のギア歯２１を有し、ギア歯２１よりも径方向内側に中空部２２が設けられており、中空部２２に、ギア歯２１にて生じる振動を吸収する振動吸収材２３が充填されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の始動装置に用いられるピニオンギア及び始動装置に関するものである。

内燃機関を始動するための始動装置では、内燃機関のリングギアに噛合せたピニオンギアをモータ駆動により回転させることによって、内燃機関の始動を行っている。リングギアとピニオンギアとを噛合させる際、歯同士の衝突音等が発生する。このような衝撃音等を抑制するために、種々の構成が考えられている。例えば、特許文献１では、ピニオンギアの歯を厚さ方向に分割して設けることで、衝突音を抑制する構成が提案されている。

国際公開第２０１０／１３６４２９号

しかしながら、特許文献１の構成のようにピニオンギアの歯を分割して設ける構成では、リングギアとピニオンギアとの歯同士が衝突する際に生じる衝突音の低減は可能であるものの、始動装置のクランキング時に生じる他の音について発生を抑制することができないことが考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、クランキング時に生じる音を抑制できるピニオンギア及び始動装置を提供することにある。

第１の手段では、内燃機関を始動させる始動装置（１０）の駆動軸（１３）に固定され、前記内燃機関のリングギア（５０）に噛み合った状態で該リングギアを回転させるピニオンギア（２０）であって、複数の歯（２１）を有し、前記歯よりも径方向内側に中空部（２２）が設けられており、前記中空部に、当該中空部の径方向外側の部分よりも振動吸収度の高い振動吸収材（２３）が充填されている。

始動装置による内燃機関の始動時には、内燃機関の気筒内において圧縮と膨張とが繰り返される。気筒圧縮時には、ピニオンギアが圧縮反力に打ち勝ちリングギアを回転させる必要があるために、ピニオンギアとリングギアとの間には大きな荷重が生じる。気筒膨張時には、圧縮されたガスの膨張によって、リングギアが回転方向に加速されるために、リングギアによりピニオンギアが回される状態になる。この場合、ピニオンギアの各歯では、応力が作用する歯面が交互に入れ替わり、リングギアとピニオンギア間に生じる摺動及び衝突により生じる摺動音、衝突音の振動がリングギアとの接触面からピニオンギア及びリングギアに伝わる。これらの振動が減衰しないことに起因して、音が大きく聞こえたり、響いたりして、不快な音が持続してしまうことがある。

この点、上記構成のピニオンギアでは、中空部により、各歯の振動が駆動軸側に伝わることが抑制される。また、中空部内の振動吸収材により、中空部まで伝わっていた振動が吸収されることで、一層適正な振動抑制を実現できる。また、リングギアとピニオンギアの接触によってリングギア内で発生した振動が、接触によりリングギアからピニオンギアの軸心側に伝わる過程で、その振動を好適に低減できる。つまり、リングギアの振動も低減できる。その結果、ピニオンギアとリングギア間に生じた摺動音、衝突音、転がり音等で生じた振動を減衰させて低減することができる。つまり、リングギアからピニオンギアに振動が効率よく伝わるようにリングギアとピニオンギアとを接触させておけば、ピニオンギア及びリングギア側で生じるクランキング音を効率よく低減できる。

第２の手段では、前記駆動軸を挿通させる軸孔（２４）を有しており、前記中空部が、前記軸孔を囲むように環状に設けられている。ピニオンギアに環状の中空部を設けることで、各歯で生じた振動がピニオンギアの径方向内側に伝わっていく際、その振動が駆動軸側に伝わるのを好適に抑制できる。

第３の手段では、環状の前記中空部内に、前記中空部の径方向外側となる外側壁（２２Ａ）と径方向内側となる内側壁（２２Ｂ）とを繋ぐ繋ぎ部（２５）が設けられている。中空部内に繋ぎ部が設けられることで、中空部の空間の強度を向上させることができる。また、歯で発生した振動は、中空部内の繋ぎ部にも伝わる。繋ぎ部は振動吸収材に囲まれていることから、繋ぎ部に伝わった振動は振動吸収材に吸収されやすい。そのため、振動をより吸収・減衰することができる。

第４の手段では、環状の前記中空部内に、前記中空部内での前記振動吸収材が周方向に移動するのを規制する規制部材（２９）が設けられている。規制部材は、振動吸収材の周方向への移動を規制することで、振動吸収材に偏りが生じることを抑制する。また、歯で発生した振動は、中空部内の規制部材にも伝わる。規制部材は振動吸収材に囲まれていることから、規制部材に伝わった振動は振動吸収材に吸収されやすい。そのため、振動をより吸収・減衰することができる。

第５の手段では、前記中空部が、前記歯ごとに形成され、周方向に並ぶ複数の個別中空部（２２Ｃ）として設けられている。中空部が歯ごとに設けられることで、振動がピニオンギアの径方向内側に伝わる際、各歯で生じる振動が駆動軸側に伝わるのを好適に抑制できる。また、歯ごとに中空部が設けられることで、中空部に充填された振動吸収材が偏ることを抑制できる。

第６の手段では、個別中空部は、周方向に長く径方向に短い扁平形状である。個別中空部が径方向よりも周方向に長くなっていることで、個別中空部において径方向寸法が大きくなるのを押さえつつ周方向寸法を大きくすることができる。これにより振動がピニオンギアの径方向移側に伝わる際、駆動軸側に伝わるのをさらに抑制できる。

第７の手段では、前記中空部は、前記歯よりも径方向内側になる部位と、前記歯における歯面の裏側となる部位とに設けられている。振動が生じる歯面の裏側と、ピニオンギア全体への拡散を防止する歯よりも径方向内側になる部位とに中空部が設けられている。その中空部に振動吸収材が充填されていることで、より効果的に振動を吸収・減衰できる。

第８の手段では、前記中空部は、前記歯よりも径方向内側になる部位に設けられた第１中空部（２２Ｄ）と、前記第１中空部よりも径方向外側であり、かつ前記歯における歯面の裏側となる部位に設けられた第２中空部（２２Ｅ）とを有し、前記第１中空部と第２中空部とが、周方向に延びる仕切り部（２８）により仕切られた状態で設けられている。

振動が生じる歯面の裏側と、ピニオンギア全体への拡散を防止する歯よりも径方向内側になる部位とに中空部が設けられている。その中空部に振動吸収材が充填されていることで、より効果的に振動を吸収・減衰できる。また、第１中空部と第２中空部との間が仕切られており、第２中空部がギア歯ごとに設けられていることで、振動吸収材の偏りを抑制することができる。

第９の手段では、前記振動吸収材は、粉体である。金属粉や樹脂粉等の粉体を振動吸収材として中空部内に充填することで、振動を吸収させることができる。

第１０の手段では、前記振動吸収材は、２種類以上の粒径を有する粉体の混合物である。粉体の粒径が異なると、吸収できる振動波の周波数が変化する。そこで、振動吸収材として用いる粉体の粒径を２種類以上にすることで吸収できる振動波の周波数域を拡大できる。つまり、２種類以上の粒径を持った粉体を用いることで、振動吸収をより効果的にできる。

第１１の手段では、前記中空部おいて、該中空部を囲む壁面に近い側と該中空部の中心側とで、粒径が異なる粉体が前記振動吸収材として充填されており、前記中空部の前記壁面に近い側の方の粉体の径が前記中心側の粉体の径より大きい。

中空部を囲む壁面に近い側の方、つまり中空部の表面に近い程、粉体の粒径が大きく、中空部の中心側の方が粉体の粒径が小さい。粉体の粒径が中空部を囲む壁面に近い側と中空部の中心側とで異なるため、吸収できる振動波の周波数の幅を拡大できる。

第１２の手段では、前記振動吸収材は、液体である。液体の中を振動が伝わる速度は固体の中を振動が伝わる速度より小さい。中空部内部に入れる液体の種類や組み合わせを調整し、物性の異なるもの同士の界面等で振動を減衰、抑制することができる。また、液体は容易に振動波によって密度の濃淡が生じる等、圧力分布が変化できるので振動を吸収しやすい。振動の一部を中空部内部の液体に放射・減衰させることで外部に音として放射される振動波のエネルギーを小さくでき、音を小さくできる。

第１実施形態における始動装置の概略構成図 ピニオンギアとリングギアの噛み合い状況を示す図 ピニオンギアの断面図 第２実施形態におけるピニオンギアの断面図 第３実施形態におけるピニオンギアの断面図 第４実施形態におけるピニオンギアの断面図 第５実施形態におけるピニオンギアの断面図 第６実施形態におけるピニオンギアの断面図 第７実施形態におけるピニオンギアの断面図 第８実施形態におけるピニオンギアの断面図 第９実施形態におけるピニオンギアの断面図 他の実施形態におけるピニオンギアの断面図

＜第１実施形態＞
以下、エンジン始動用の始動装置のピニオンギアとして具体化した構成について、図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

図１に示す始動装置としてのスタータ１０の概略構成図である。スタータ１０は、車載エンジン（内燃機関）を始動させるために用いられる。スタータ１０は、直流モータ１１と、直流モータ１１への電力の供給のスイッチとなるマグネットスイッチ１２とを備えている。マグネットスイッチ１２に給電されると、バッテリから直流モータ１１への通電回路が閉じられ、直流モータ１１に電力が供給され、直流モータ１１の回転力が伝達されて駆動軸１３が回転する。

直流モータ１１と駆動軸１３との間には、直流モータ１１の回転を減速して駆動軸１３に伝達する減速装置（例えば、遊星歯車減速機）が設けられている。直流モータ１１の回転軸は、減速装置を通じて駆動軸１３を減速駆動する。駆動軸１３の直流モータ１１側（図１における右側）の端部は、減速装置に支持されている。なお、減速装置を有さず、直流モータ１１の回転軸が、直流モータ１１の駆動軸１３として作用してもよい。また、駆動軸１３の直流モータ１１とは反対側の端部は、軸受１４によって支持されている。

駆動軸１３には、その軸方向に移動可能な状態で、ピニオン移動体１５が取り付けられている。ピニオン移動体１５は、駆動軸１３の外周上にヘリカルスプライン結合するオーバーランニングクラッチ１６（以下、単にクラッチ１６と示す）と、エンジンのリングギア５０に噛み合い可能なピニオンギア２０とを備えている。クラッチ１６は、周知のカム式のワンウェイクラッチであって、駆動軸１３に取り付けられるアウタと、アウタの内部で回転可能に取り付けられるインナと、アウタとインタとの間で回転トルクを伝達あるいは遮断するクラッチローラとを備えている。クラッチ１６は、一方向のみ回転トルクを伝達する。

ピニオンギア２０は、クラッチ１６と一体に駆動軸１３の外周上を軸方向（図１における左右方向）に移動可能に設けられており、クラッチ１６よりも反モータ側に取り付けられている。直流モータ１１の回転トルクにより、ピニオンギア２０は回転することになる。

そして、スタータスイッチがオン操作されると、マグネットスイッチ１２により、シフトレバー１８がピニオン移動体１５を反モータ側に押し出すことで、エンジンのリングギア５０とピニオンギア２０とが噛み合い、直流モータ１１が回転することでクランキングを行い、エンジンを始動させる。一方、スタータスイッチがオフ状態になると、直流モータ１１の回転が停止し、かつ図示しないリターンスプリングによって、シフトレバー１８がピニオン移動体１５を軸方向において直流モータ１１側に移動させるように作動し、ピニオンギア２０とリングギア５０との噛み合いが解除される。

次に、図２を用いて、ピニオンギア２０がリングギア５０を回転駆動させる場合のピニオンギア２０とリングギア５０の噛み合いと、その噛み合い時にかかる力を受ける構造について説明する。図２は、ピニオンギア２０とリングギア５０の噛み合い状況を示す図であって、軸受１４を駆動軸１３に垂直な方向に切断したピニオンギア２０側を図示した断面図である。

ピニオンギア２０とリングギア５０は、平歯車であって、お互いの歯面が接することで噛み合っている。ピニオンギア２０は、８〜１５個程度のギア歯２１を有している小径の歯車なのに対して、リングギア５０は、エンジンのフライホイールに固定された大径の歯車である。ピニオンギア２０のギア歯２１とリングギア５０のギア歯５１の間には、ピニオンギア２０が軸線方向に移動した際、ピニオンギア２０とリングギア５０との噛み合いが行いやすくなるように、所定のオフセットが設けられている。なお、ピニオンギア２０とリングギア５０は、はすば歯車であってもよい。

ピニオンギア２０がリングギア５０に噛合って、スタータ１０の直流モータ１１が駆動されるクランキング中において、エンジン回転速度には脈動が生じる。この脈動により、ピニオンギア２０及びリングギア５０では、振動及びクランキング音が生じる。スタータ１０によるエンジンのクランキング中には、エンジンの気筒内において圧縮と膨張とが繰り返される。気筒圧縮時には、圧縮反力によってクランキング回転数が低下し、ピニオンギア２０とリングギア５０との間に大きな荷重が生じるために、ギア間の摺動、転がりによって大きなクランキング音が生じる。気筒膨張時には、その逆に、エンジン側の膨張行程での膨張によってリングギア５０の回転が速くなるため、リングギア５０によりピニオンギア２０が回される状態になると考えられる。つまり、ピニオンギア２０の各ギア歯２１では、応力が作用する歯面が交互に入れ替わる。

歯面が入れ替わる際には、リングギア５０とピニオンギア２０とが一時離れる又は接触圧が小さくなるために、クランキングによる振動はリングギア５０内にて減衰できずに響くことになる。したがって、リングギア５０とピニオンギア２０との衝突、摺動、転がりにより生じたクランキング音が大きく響き、目立つことになる。なお、リングギア５０のほうがピニオンギア２０より大きいために、クランキングにより生じる振動は減衰しにくく、音として響きやすい。このようなリングギア５０での振動を、リングギア５０をピニオンギア２０と接触させることで、効率よく減衰させることができる。

具体的には、気筒圧縮時では、直流モータ１１の回転トルクによってピニオンギア２０が回転し、そのピニオンギア２０の回転トルクによりリングギア５０が回転する。特に、圧縮行程から膨張行程に遷移する直前のタイミングで圧縮反力は最大となり、圧縮行程では、リングギア５０はその大きくなる圧縮反力により減速させられる。この時に、直流モータ１１には大きな電流が流れることで、その圧縮反力に打ち勝つトルクを直流モータ１１が発生する。つまり圧縮行程の終了直前に、直流モータ１１が発生するトルクが最も大きくなるために、ピニオンギア２０とリングギア５０との間には大きな力が生じる。そのため、ピニオンギア２０とリングギア５０との間で大きな摺動音及び転がり音が生じる。

そして、圧縮行程から膨張行程に遷移すると、気筒の膨張によって、エンジン回転が加速するためにリングギア５０の回転が速くなり、ピニオンギア２０との接触がなくなる。そのために、圧縮行程で生じたピニオンギア２０及びリングギア５０の振動は、リングギア５０とピニオンギア２０との接触がなくなるので、ピニオンギア２０及びリングギア５０内で放射状に広がり、減衰できずに持続してしまう。そのため、生じた音（クランキング音）は減少せず大きく響くことになる。

また、気筒膨張時には、圧縮した空気の膨張によってリングギア５０は順方向に回転させられる。この時、リングギア５０の回転がピニオンギア２０の回転より速い状態では、リングギア５０によってピニオンギア２０が回転させられることになる。クラッチ１６によりピニオンギア２０の回転が直流モータ１１に伝達されるのが遮断されているため、ピニオンギア２０は容易にリングギア５０に連れまわされることになる。リングギア５０に連れまわされる状態では、圧縮行程での駆動歯面と逆側の歯面でリングギア５０とピニオンギア２０は衝突する。このリングギア５０とピニオンギア２０間の接触圧は小さいために、リングギア５０からピニオンギア２０への振動の伝達が小さい。よって、リングギア５０にピニオンギア２０が連れ回されることで生じる衝突音、摺動音、転がり音による振動は、ピニオンギア２０内で減衰されない。これにより、膨張行程で生じたピニオンギア２０及びリングギア５０の振動は、各ギア２０，５０内で放射状に広がり、減衰できずに持続してしまう。そのため、振動により生じた音（クランキング音）は減少せず大きく響くことになる。

クランキング音の発生を抑制するために、振動がピニオンギア２０及びリングギア５０内で減衰なく広がるのを抑制する必要がある。つまり、早く振動を減衰させる必要がある。そこで、ピニオンギア２０のギア歯２１よりも径方向内側に中空部２２を設け、中空部２２にギア歯２１にて生じる振動を吸収する振動吸収材２３を充填している。これにより、クランキングにより生じたピニオンギア２０及びリングギア５０の振動をピニオンギア２０側で減衰させることができる。

図３は、ピニオンギア２０の断面図である。図３（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図３（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。ピニオンギア２０には、駆動軸１３を挿通させる軸孔２４が設けられている。中空部２２は、ピニオンギア２０内の中空の空間であって、その周囲が壁面に囲われた密閉された空間である。また、中空部２２は、軸孔２４を囲むように環状に設けられている。

中空部２２は、ピニオンギア２０の軸方向（厚み方向）の中央部に設けられている。これにより、中空部２２を囲うピニオンギア２０の軸方向の壁面の板厚は、薄くなっており、ピニオンギア２０自体が若干撓んで弾性変形することで、振動を減衰することができる。また、ピニオンギア２０が軸方向の両端に設けられていることで、必要な剛性を確保しつつ、板厚を薄くし、中空部２２の体積を大きくできる。

振動吸収材２３は、ピニオンギア２０の中空部２２の径方向外側の部分よりも振動吸収度の高いものである。振動吸収度とは、振動を減衰する能力の高さを示しており、振動吸収度が高いものほど、振動を減衰することができる。また、振動吸収材２３は、所定周波数の振動を熱エネルギーに変えて吸収することができる性質を有している。振動吸収材２３は、粉体であって、２種類以上の粒径を有する粉体の混合物である。より具体的には、中空部２２には、振動吸収材２３として、中空部２２を囲む壁面に近い側と中空部２２の中心側とで粒径が異なる粉体が充填されている。中空部２２を囲む壁面に近い側の方、つまりピニオンギア２０との界面に近い程、粉体の粒径が大きく、中心側の方が粉体の粒径が小さい。

次に、ピニオンギア２０の作成方法について説明する。ピニオンギア２０は、粉末材料を用い、粉末材料をレーザ光で融解させる方法で、形状を形成する３Ｄプリンタを用いて形成されている。

３Ｄプリンタでは、まず上下に稼働できる台に既定の薄さに粉末材料が堆積される。そして、設計図に基づいて、断面形状通りにレーザ光が照射されることにより、粉末材料が融解、結合されて、断面形状通りに薄い層が作成される。作成した一層の厚さ分だけ、台が下降させられ、その厚さ分だけ再度粉末が敷き詰められる。また、断面形状通りにレーザ光が照射されることで、粉末材料が融解され、前回作成された層に結合される。このような手順を繰り返すことで、３Ｄプリンタでは、所定形状のピニオンギア２０が作成される。

ピニオンギア２０は、中空部２２にレーザ光が照射されないようにして、３Ｄプリンタで作成される。これにより、中空部２２内には、粉末材料が詰まった状態で、ピニオンギア２０の形状を作成できる。この粉末材料が、中空部２２内に充填された振動吸収材２３になる。

そして、３Ｄプリンタで形成された状態のピニオンギア２０に熱処理加工を施す。ピニオンギア２０が３Ｄプリンタで作成された状態では、ピニオンギア２０の強度が不足するおそれがある。そこで、ピニオンギア２０に熱処理加工を施すことで、ピニオンギア２０の強度を向上させる。この際、加熱温度や分布を調整することで、中空部２２内の粉体の粒径成長を促進させることができる。つまり、熱処理による熱が粉末材料に伝わることで融解、結合され、中空部２２を囲む壁面に近い側（表面側）に近い粉末の粒径が大きくなる。一方で、中心側の粉末は、融解されないことから、小さいままになる。

このようにして、中空部２２を囲む壁面に近い側の粉体（振動吸収材２３）の粒径が、中心側の粉体（振動吸収材２３）の粒径より大きくなる。そして、中空部２２の内部に詰めた粉体の粒径が異なると、それぞれの粉体の吸収できる周波数が異なる。そこで、振動吸収材２３として充填する粉体の粒径を変えることで、吸収できる振動波の周波数域を拡大できる。また異なる粒径の粉体を混ぜることで、大きな粒径の隙間に小さな粒径が入り、充填効率をも向上できる。また、表面に近い程粉体粒径が大きくできるので粉体の強度を向上した部位を作ることができ、結果、振動吸収率の向上によって発生音を低減できるとともにピニオンギア２０の強度向上ができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の作用及び効果が得られる。

クランキング音は、リングギア５０をピニオンギア２０によって駆動する際に生じる。リングギア５０には、エンジンの圧縮行程及び膨張行程で生じるエンジン負荷の変動により影響されており、この負荷の変動によって、ピニオンギア２０とリングギア５０との間の接触圧が変化する。この接触圧の変化に打ち勝つ駆動力でスタータ１０の直流モータ１１が回転させるために、その接触面で、クランキング音が生じる。クランキングにより生じた振動は、リングギア５０とピニオンギア２０との接触面を介し互いに伝播する。そのため、ピニオンギア２０内での振動を早く減衰させることが、ピニオンギア２０及びリングギア５０の振動を減衰させることになり、クランキング音低減の決め手となる。この点、本実施境内のピニオンギア２０では、中空部２２により、各ギア歯２１での振動がピニオンギア２０内で伝わることが抑制される。そのため、クランキング音の発生を抑制できる。

ピニオンギア２０に環状の中空部２２を設けることで、各ギア歯２１で生じた振動がピニオンギア２０の径方向内側に伝わっていく際、その振動が駆動軸１３側に伝わるのを好適に抑制できる。

金属粉や樹脂粉等の粉体を振動吸収材２３として中空部２２内に充填することで、振動を吸収させることができる。

粉体の粒径が異なると、吸収できる振動波の周波数が変化する。そこで、振動吸収材２３として用いる粉体の粒径を様々にすることで吸収できる振動波の周波数域を拡大できる。

中空部２２を囲む壁面に近い側の方、つまり中空部２２の表面に近い程、粉体の粒径が大きく、中空部２２の中心側の方が粉体の粒径が小さい。粉体の粒径が中空部２２を囲む壁面に近い側と中心側とで異なるため、吸収できる振動波の周波数の幅を拡大できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、環状の中空部２２内に、中空部２２の外側壁２２Ａと内側壁２２Ｂとを繋ぐ繋ぎ部２５が設けられている構成について、図４を用いて説明する。図４は、第２実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図４（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図４（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

中空部２２は、軸孔２４を囲むように環状に、ピニオンギア２０の軸方向の中央部に設けられている。中空部２２には、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。

中空部２２内には、中空部２２の径方向外側の外側壁２２Ａと径方向内側の内側壁２２Ｂとを繋ぐ梁状の繋ぎ部２５が設けられている。繋ぎ部２５は、ピニオンギア２０と同じ材料で一体的に形成されており、直線状の棒状部材である。繋ぎ部２５は、周方向に均等な間隔で、複数設けられており、また軸方向にも複数が交差するように設けられている。このように繋ぎ部２５が設けられることで、繋ぎ部２５が中空部２２の外側壁２２Ａと内側壁２２Ｂとを支持し、中空部２２の空間の強度を向上させることができる。これにより、中空部２２を大きくして、中空部２２に充填された振動吸収材２３の量を増加させることができる。なお、３Ｄプリンタで、ピニオンギア２０を作成することで、自由に繋ぎ部２５を中空部２２内に設けることができる。

また、繋ぎ部２５は、径方向に延びることで、ギア歯２１で生じた振動が通過する通路になっている。ギア歯２１で生じた振動は、中空部２２内の繋ぎ部２５にも伝わり、繋ぎ部２５を介して逆側（内側壁２２Ｂ側）に振動を伝達しようとする。しかしながら、繋ぎ部２５は振動吸収材２３に囲まれていることから、振動吸収材２３に振動が吸収される。つまり、ピニオンギア２０の中空部２２内に設けられた繋ぎ部２５が振動吸収材２３に触れ、振動吸収材２３がピニオンギア２０に接触する界面の面積が増加することになり、振動をより吸収・減衰することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、中空部２２が、ギア歯２１ごとに形成され、周方向に並ぶ複数の個別中空部２２Ｃとして設けられている構成について、図５を用いて説明する。図５は、第３実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図５（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図５（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

個別中空部２２Ｃは、ギア歯２１ごとにギア歯２１の根元側の位置に周方向に並んで形成されている。個別中空部２２Ｃは、ギア歯２１の歯面の中心と軸心を通る線上に設けられている。また、個別中空部２２Ｃは、ピニオンギア２０の軸方向の一方の表面から軸方向に延びる円形状の凹みとして形成されている。個別中空部２２Ｃの一端が開口しており、この中空部２２の開口を塞ぐ蓋部２６が設けられている。

個別中空部２２Ｃには、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。ギア歯２１ごとに個別中空部２２Ｃが設けられることで、個々の個別中空部２２Ｃの空間が小さい。これにより、個別中空部２２Ｃに充填された振動吸収材２３が偏ることを抑制できる。また、ギア歯２１ごとに設けられることで、振動がピニオンギア２０の径方向内側に伝わる際、各ギア歯２１で生じる振動が駆動軸１３側に伝わるのを好適に抑制できる。

また、本実施形態では、ピニオンギア２０は、プレス加工、鋳造、切削等により作成されている。一端に開口を設ける凹み状の中空部２２では、３Ｄプリンタではなく、従来からの作成方法で作成することができる。そして、中空部２２内に振動吸収材２３を充填した後に、蓋部２６を溶接固定する。蓋部２６は、中空部２２毎に設けていてもよいし、円環状の蓋部２６を作成して、一体的に蓋をして固定してもよい。このような作成方法では、中空部２２内に充填する振動吸収材２３を自由に設定しやすくなる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、個別中空部２２Ｃが周方向に長く径方向に短い扁平形状である構成について、図６を用いて説明する。図６は、第４実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図６（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図６（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

個別中空部２２Ｃは、ギア歯２１ごとにギア歯２１の根元側の位置に周方向に並んで形成されている。個別中空部２２Ｃは、ギア歯２１の歯面の中心と軸心を通る線上に設けられている。個別中空部２２Ｃは、周方向に長く径方向に短い扁平形状である。個別中空部２２Ｃが径方向よりも周方向に長くなっていることで、個別中空部２２Ｃにおいて径方向寸法が大きくなるのを押さえつつ周方向寸法を大きくすることができる。これにより、歯面から径方向内側に伝わる振動を効果的に抑制することができる。

また、個別中空部２２Ｃには、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。ギア歯２１ごとに個別中空部２２Ｃが設けられることで、個々の個別中空部２２Ｃの空間が小さい。これにより、個別中空部２２Ｃに充填された振動吸収材２３が偏ることを抑制できる。また、ギア歯２１ごとに設けられることで、振動がピニオンギア２０の径方向内側に伝わる際、各ギア歯２１で生じる振動が駆動軸１３側に伝わるのを好適に抑制できる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、中空部２２内に、中空部２２の内面から柱状に突出する突出部２７が設けられている構成について、図７を用いて説明する。図７は、第５実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図７（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図７（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

中空部２２は、ギア歯２１ごとにギア歯２１の根元側の位置に周方向に並んで形成されている。中空部２２は、ピニオンギア２０の軸方向の中央位置に設けられている。中空部２２には、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。

中空部２２内には、中空部２２を囲む壁面から柱状に突出する突出部２７が設けられている。突出部２７は、ピニオンギア２０と同じ材料で一体的に形成されており、片持ち状で直線状の棒状部材である。突出部２７は、円柱状の中空部２２の円形の面の中央位置から逆側に向かって突出するように軸方向に延びている。このように突出部２７が設けられることで、ギア歯２１で生じた振動は、ギア歯２１ごとに形成された中空部２２内の突出部２７にも伝わる。突出部２７は振動吸収材２３に囲まれていることから、突出部２７に伝わった振動は、振動吸収材２３に吸収されやすくなる。ピニオンギア２０の一部である突出部２７が振動吸収材２３に触れることで、振動吸収材２３がピニオンギア２０に接触する面積が増加することになり、振動をより吸収・減衰することができる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態では、中空部２２は、ギア歯２１よりも径方向内側になる部位と、ギア歯２１における歯面の裏側となる部位とに設けられている構成について、図８を用いて説明する。図８は、第６実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図８（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図８（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

中空部２２は、ギア歯２１よりも径方向内側になる部位に、軸孔２４を囲むように環状に設けられた第１中空部２２Ｄと、ギア歯２１における歯面の裏側となる部位に設けられた第２中空部２２Ｅとを有している。第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとは、連通している。中空部２２は、ピニオンギア２０の軸方向の中央部に設けられている。中空部２２には、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。

振動が生じる歯面の裏側と、ピニオンギア２０全体への拡散を防止するギア歯２１よりも径方向内側になる部位とに中空部２２が設けられている。その中空部２２に振動吸収材２３が充填されていることで、より効果的に振動を吸収・減衰できる。

＜第７実施形態＞
第７実施形態では、中空部２２は、第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとを有し、第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとが周方向に延びる仕切り部２８に仕切られた状態で設けられている構成について、図９を用いて説明する。図９は、第７実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図９（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図９（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

中空部２２は、ギア歯２１よりも径方向内側になる部位に、軸孔２４を囲むように環状に設けられた第１中空部２２Ｄと、第１中空部２２Ｄよりも径方向外側であり、かつギア歯２１における歯面の裏側となる部位に設けられた第２中空部２２Ｅとを有している。第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとの間には、周方向に延びる仕切り部２８が設けられている。ピニオンギア２０には、環状に設けられた第１中空部２２Ｄと、ギア歯２１ごとに歯面の裏側になる位置に設けられた第２中空部２２Ｅとが設けられている。中空部２２は、ピニオンギア２０の軸方向の中央部に設けられている。

中空部２２には、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。また、第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとに充填された振動吸収材２３は、異なる種類、例えば異なる粒径であったり、異なる材質であったり、粉体と液体であったりすることが好ましい。異なる種類の振動吸収材２３を用いることで、対応できる振動の周波数が増えることになる。

振動が生じる歯面の裏側と、ピニオンギア２０全体への拡散を防止するギア歯２１よりも径方向内側になる部位とに中空部２２が設けられている。その中空部２２に振動吸収材２３が充填されていることで、より効果的に振動を吸収・減衰できる。また、第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとの間が仕切られており、第２中空部２２Ｅがギア歯２１ごとに設けられていることで、振動吸収材２３の偏りを抑制することができる。

＜第８実施形態＞
第８実施形態では、第７実施形態の第２中空部２２Ｅ内に、第２中空部２２Ｅの外側壁２２Ａと内側壁２２Ｂとを繋ぐ繋ぎ部２５が設けられている構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、第７実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図１０（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図１０（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

中空部２２は、ギア歯２１よりも径方向内側になる部位に、軸孔２４を囲むように環状に設けられた第１中空部２２Ｄと、ギア歯２１における歯面の裏側となる部位に設けられた第２中空部２２Ｅとを有している。第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとの間には、周方向に延びる仕切り部２８が設けられている。中空部２２は、ピニオンギア２０の軸方向の中央部に設けられている。

第１中空部２２Ｄ内には、第１中空部２２Ｄの径方向外側の外側壁２２Ａと径方向内側の内側壁２２Ｂとを繋ぐ繋ぎ部２５が設けられている。繋ぎ部２５は、ピニオンギア２０と同じ材料で一体的に形成された直線の棒状の部材である。繋ぎ部２５は、ギア歯２１ごとに設けられている。このように繋ぎ部２５が設けられることで、繋ぎ部２５が第１中空部２２Ｄの外側壁２２Ａと内側壁２２Ｂとを支持し、中空部２２の空間の強度を向上させることができる。

また、中空部２２には、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。また、第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとに充填された振動吸収材２３は、異なる種類であることが好ましい。異なる種類の振動吸収材２３を用いることで、対応できる振動の周波数が増えることになる。

＜第９実施形態＞
第９実施形態では、中空部２２に、中空部２２内での振動吸収材２３が周方向に移動するのを規制する規制部材２９が設けられている構成について、図１１を用いて説明する。図１１は、第９実施形態でのピニオンギア２０の断面図である。図１１（ａ）は、ピニオンギア２０を軸方向に垂直な方向で切断した横断面図であり、図１１（ｂ）は、ピニオンギア２０を軸方向に切断した縦断面図である。

中空部２２は、ギア歯２１よりも径方向内側になる部位に、軸孔２４を囲むように環状に設けられた第１中空部２２Ｄと、ギア歯２１における歯面の裏側となる部位に設けられた第２中空部２２Ｅとを有している。第１中空部２２Ｄと第２中空部２２Ｅとは、連通している。中空部２２は、ピニオンギア２０の軸方向の中央部に設けられている。中空部２２には、粉体の振動吸収材２３が充填されている。振動吸収材２３は、２種類以上の粒径を有する粉体であることが望ましい。

中空部２２内には、第２中空部２２Ｅの径方向外側の外側壁２２Ａと第１中空部２２Ｄの径方向内側の内側壁２２Ｂとを繋ぐ規制部材２９が設けられている。規制部材２９は、ピニオンギア２０と同じ材料で一体的に形成された断面が曲線状の壁状の部材である。規制部材２９は、ギア歯２１ごとに周方向に均等な間隔で、複数設けられている。ギア歯２１ごとに壁状の規制部材２９が設けられていることで、移動を規制し、振動吸収材２３に偏りが生じることを抑制する。なお、規制部材２９は、複数の孔を有する多孔状（メッシュ状）になっていることが望ましい。ギア歯２１で生じた振動は、中空部２２内の規制部材２９にも伝わる。規制部材２９に孔が設けられ、その孔内を振動吸収材２３が通過可能となっていることで、振動をより吸収・減衰することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。

・上記実施形態１、２、４‐８では、３Ｄプリンタによって、ピニオンギア２０を作成しているが、鋳造、切削、プレス加工等他の方法によって作成してもよい。

・上記実施形態１、２、４‐８では、３Ｄプリンタの材料である粉末材料及びこの粉末材料が融着したものを、振動吸収材２３である粉体としていたが、３Ｄプリンタでピニオンギア２０を作成時に、中空部２２に連通する孔を設け、孔から粉末材料を輩出した上で、種々の粉体を充填するようにしてもよい。この場合には、充填後に孔を塞ぐようにすればよい。

・振動吸収材として、図１２に示すように、粉体ではなく、液体を中空部２２内に充填してもよい。例えば、振動吸収材として、水、アルコール、油、冷媒などの単一成分の液体又は混合液体を用いるとよい。この際、中空部２２内全部が液体で満たされるようにしてもよいし、中空部２２内の一部が液体で満たされるようにしてもよい。また、ピニオンギア２０の駆動中の発熱によって、中空部２２内部の液体が状態遷移するように圧力調整してもよい。

液体の中を振動が伝わる速度は固体の中を振動が伝わる速度より小さい。中空部２２内部に入れる液体の種類や組み合わせを調整し、物性の異なるもの同士の界面等で振動を減衰、抑制することができる。また、振動の一部を中空部２２内部の液体に放射・減衰させることで外部に音として放射される振動波のエネルギーを小さくでき、音を小さくできる。また、液体が中空部２２の一部を満たしている場合には、気体との界面ができることで、振動を吸収・減衰できる。また、液体が中空部２２の一部を満たしている場合には、振動吸収材に偏りが生じやすい。しかし、この偏りによって、ピニオンギア２０の回転を停止させる際、停止を促進することができる。

１０…スタータ、１３…駆動軸、２０…ピニオンギア、２１…ギア歯、２２…中空部、２３…振動吸収材、５０…リングギア。

Claims (13)

1. 内燃機関を始動させる始動装置（１０）の駆動軸（１３）に固定され、前記内燃機関のリングギア（５０）に噛み合った状態で該リングギアを回転させるピニオンギア（２０）であって、
   複数の歯（２１）を有し、
   前記歯よりも径方向内側に中空部（２２）が設けられており、
   前記中空部に、当該中空部の径方向外側の部分よりも振動吸収度の高い振動吸収材（２３）が充填されているピニオンギア。
2. 前記駆動軸を挿通させる軸孔（２４）を有しており、
   前記中空部が、前記軸孔を囲むように環状に設けられている請求項１に記載のピニオンギア。
3. 環状の前記中空部内に、前記中空部の径方向外側となる外側壁（２２Ａ）と径方向内側となる内側壁（２２Ｂ）とを繋ぐ繋ぎ部（２５）が設けられている請求項２に記載のピニオンギア。
4. 環状の前記中空部内に、前記中空部内での前記振動吸収材が周方向に移動するのを規制する規制部（２９）が設けられている請求項２又は請求項３に記載のピニオンギア。
5. 前記中空部が、前記歯ごとに形成され、周方向に並ぶ複数の個別中空部（２２Ｃ）として設けられている請求項１に記載のピニオンギア。
6. 前記個別中空部は、周方向に長く径方向に短い扁平形状である請求項５に記載のピニオンギア。
7. 前記中空部が、前記歯よりも径方向内側になる部位と、前記歯における歯面の裏側となる部位とに設けられている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のピニオンギア。
8. 前記中空部は、前記歯よりも径方向内側になる部位に設けられた第１中空部（２２Ｄ）と、前記第１中空部よりも径方向外側であり、かつ前記歯における歯面の裏側となる部位に設けられた第２中空部（２２Ｅ）とを有し、
   前記第１中空部と第２中空部とが、周方向に延びる仕切り部（２８）により仕切られた状態で設けられている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のピニオンギア。
9. 前記振動吸収材は、粉体である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のピニオンギア。
10. 前記振動吸収材は、２種類以上の粒径を有する粉体の混合物である請求項９に記載のピニオンギア。
11. 前記中空部おいて、該中空部を囲む壁面に近い側と該中空部の中心側とで、粒径が異なる粉体が前記振動吸収材として充填されており、
    前記中空部の前記壁面に近い側の方の粉体の径が前記中心側の粉体の径より大きい請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のピニオンギア。
12. 前記振動吸収材は、液体である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のピニオンギア。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のピニオンギアを用いた始動装置。

Images