JP3227749B2 - エンジンのスタータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等に搭載された
エンジンを始動するスタータに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンを始動するスタータで
は、モータの回転をエンジンの始動時のみにエンジンの
リングギアに伝達するために、モータの回転に連動して
回転するピニオンギアがオーバランニングクラッチを介
して設けられている。このピニオンギアは、モータの起
動に先行してマグネットスイッチの駆動用プランジャに
よってドライブレバーを介してエンジンのリングギアと
当接、または、噛み合わせられ、その後、マグネットス
イッチの接点が閉じられてモータが起動すると、完全に
噛み合わせられてリングギアを回転させる。一方、最近
では、自動車における電装品の小型軽量化の要求があ
り、スタータにおいては、モータの小型軽量化が図られ
ている。この場合、モータには、エンジンを始動するた
めに所定以上のトルクおよび出力が必要であるため、効
率の向上を図ることで小型化されて、従来と同等の能力
が確保されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のとお
り、小型軽量化されたモータにおいては、アーマチュア
も小型軽量化されており、この小さなアーマチュアに対
してモータの出力が従来と同様に大きいため、モータ起
動時の回転の立ち上がりは、従来のものに比較して速く
なる傾向にある。これに対し、ピニオンギアとリングギ
アとの噛み合い性は、一般にモータの回転数が高くなる
ほど悪くなる。このため、モータが小型軽量化されたス
タータでは、高回転になったモータの立ち上がりに対し
ても耐久性を確保しつつピニオンギアとリングギアとの
十分な噛み合い性を得るためには、ピニオンギアをリン
グギアに当接させるためのマグネットスイッチに大きな
駆動力を発生させる必要がある。このため、マグネット
スイッチでは、この駆動力を確保するためにコイルその
他をある程度の大きさ以下にすることができず、スター
タ全体としての小型軽量化に限界があり、さらに小型軽
量化を図ることができにくいという問題がある。

【０００４】本発明は、スタータの小型軽量化を図るこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、キースイッチ
操作に応じて通電されるコイルの電磁力により駆動され
るプランジャの作動によって、ピニオンギアをエンジン
のリングギアに噛み合わさせるとともに、前記プランジ
ャと連動する可動接点により２つの固定接点間を導通さ
せて前記ピニオンギアを回転駆動させるモータに通電す
るスタータにおいて、前記可動接点は、前記２つの固定
接点間を低抵抗で導通させる第１の接点部材と、前記２
つの固定接点間を高抵抗で導通させる第２の接点部材と
を有しており、 前記第２の接点部材が前記２つの固定接
点間を導通させ、続いて前記第２の接点部材に加えて前
記第１の接点部材が前記２つの固定接点間を導通させる
ことを技術的手段とする。

【０００６】

【作用】本発明では、キースイッチが操作されてコイル
が通電されると、プランジャが作動して、ピニオンギア
をリングギアに向かって駆動する。また、第１の接点部
材と第２の接点部材がプランジャと連動して、２つの固
定接点に向かって移動する。ピニオンギアがリングギア
と円滑に噛み合う場合には、２つの固定接点間は、第２
の接点部材によって導通された後に、続けて第１の接点
部材によって導通されるため、モータには、低抵抗の第
１の接点部材を介した大きな電流が流れる。このため、
モータには大きなトルクが発生し、ピニオンギアを介し
てリングギアを駆動する。

【０００７】ピニオンギアがリングギアと円滑に噛み合
わないで衝突する場合には、第２の接点部材が先行して
２つの固定接点間を導通する。第２の接点部材は高抵抗
であるため、第２の接点部材によって導通されたときに
はモータの電流値が小さく、モータは低速回転で立ち上
がる。この結果、リングギアに当接し、その後ピニオン
ギアは低速回転で回転するため、リングギアに容易に噛
み合うことができ、噛み合い後には、低抵抗の第１の接
点部材によって固定接点間が導通されるため、リングギ
アを大きなトルクで駆動することができる。

【０００８】

【発明の効果】本発明によると、ピニオンギアがリング
ギアと円滑に噛み合わない場合に、モータの回転数を小
さくすることができるため、ピニオンギアをリングギア
に当接させるための駆動力が小さくても、ピニオンギア
をリングギアに容易に噛み合わせることができる。従っ
て、ピニオンギアを駆動するためのプランジャ、コイル
等の磁気回路その他を小さくすることができるため、ス
タータの小型軽量化を図ることができる。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例を図１に示す自動車エン
ジンの始動のためのスタータ１に基づいて説明する。ス
タータ１は、エンジンのリングギア２に対する回転駆動
系として、フィールドコイルとアーマチュアとが直列接
続されたモータ１１と、リングギア２に噛み合わせられ
るピニオンギア１２と、モータ１１とピニオンギア１２
との間に設けられてモータ１１の回転力をエンジンの始
動時のみにピニオンギア１２に伝達するオーバランニン
グクラッチ（以下クラッチという）１３が設けられ、ま
た、これら回転駆動系の制御のためにマグネットスイッ
チ２０が設けられている。

【００１０】マグネットスイッチ２０は、ピニオンギア
１２をリングギア２へ当接、噛み合わせるための駆動機
構と、モータ１１への通電制御を行うためのスイッチ機
構とを同一のプランジャ２１を駆動することによって構
成したものである。プランジャ２１を駆動するための電
磁力を発生させるためには、プランジャ２１に対して吸
引力を発するプルインコイル２２および吸引されたプラ
ンジャ２１をその状態に保持するホールディングコイル
２３とが設けられている。一方、モータ１１への通電回
路を開閉するためのスイッチとしては、車両に搭載され
たバッテリＢとモータ１１間に設けられた２つの固定接
点２４、２５と、プランジャ２１にそれぞれ弾性支持さ
れて連動して固定接点２４、２５間を導通させるための
主可動接点部材２６および副可動接点部材２７が設けら
れている。

【００１１】マグネットスイッチ２０において、プルイ
ンコイル２２およびホールディングコイル２３の各一端
は、自動車のキースイッチ３を介してともにバッテリＢ
の正極と接続され、プルインコイル２２の他端は、モー
タ１１を介してバッテリＢの負極と接続され、ホールデ
ィングコイル２３の他端は、バッテリＢの負極と直接接
続されている。また、一方の固定接点２４はバッテリＢ
の正極に接続され、他方の固定接点２５はプルインコイ
ル２２の他端とともにモータ１１に接続されている。

【００１２】主可動接点部材２６は、固定接点２４、２
５間を短絡するような低い抵抗値を呈し、副可動接点部
材２７は、固定接点２４、２５間で高い抵抗値、例え
ば、スタータモータ１１と同じ抵抗値を呈するもので、
主可動接点部材２６および副可動接点部材２７は、プラ
ンジャ２１に対してそれぞれ弾性を有して支持されてい
る。また、副可動接点部材２７は、主可動接点部材２６
に先行して固定接点２４、２５に接触して、固定接点２
４、２５間を高抵抗値によって導通するように配置され
ている。

【００１３】なお、ドライブレバー１４は、中間部が支
点１５によって回動自在に支持されていて、一端はプラ
ンジャ２１の駆動端に係止され、他端はクラッチ１３に
備えられた荷重用リング１７に係止され、ピニオンギア
１２およびクラッチ１３をリングギア２に向かって押し
出すための荷重をドライブスプリング１６に与えて、プ
ランジャ２１の駆動時にピニオンギア１２をリングギア
２に対して当接、噛み合わせさせる。また、出力軸とク
ラッチ１３とには、ネジスプライン機構が形成されてい
て、回転力が発生すると、ピニオンギア１２をリングギ
ア２へ向かって押し付ける推力が生じて、モータ１１の
作動時における噛み合わせ状態を確実にする。

【００１４】図２、図３にマグネットスイッチ２０の第
１実施例の具体的な構成を示す。プルインコイル２２お
よびホールディングコイル２３は、プルインコイル２２
を内側にしてボビン３１に二層に巻き付けられており、
ボビン３１の内側には、プランジャ２１を摺動させるた
めのスリーブ３２が設けられている。スリーブ３２に
は、マグネットスイッチ２０のハウジングを兼ねた複数
の磁性金属部材からなる中空の円盤状または円筒状のコ
ア３３、３４、３５が備えられて、プランジャ２１を内
側に引き込むための磁気回路が形成されている。また、
コア３３には、それぞれ上記の固定接点２４、２５を備
えた樹脂モールド５０が嵌め込まれている。

【００１５】プランジャ２１は、コア３５との間に設け
られたばね３６によって外へ向かって付勢されていて、
常時は、図示したとおり、ほぼ半分程度がコア３３から
外へ食み出しており、この食み出した部分を覆うように
して、碗状を呈した変形自在のゴム製のキャップ３７が
プランジャ２１に嵌め合わされており、キャップ３７を
貫通した突出部２１Ａには、上述のドライブレバー１４
が係止される。プランジャ２１には、コア３４、３５を
貫通した軸部２１ａが備えられ、軸部２１ａには、プラ
ンジャ２１の駆動時に各固定接点２４、２５に接触して
固定接点２４、２５間を導通させるために、複数の部材
からなる可動接点部４０が軸部２１ａに対して摺動自在
に設けられている。

【００１６】可動接点部４０は、樹脂製の筒状基体４１
の外側に、主可動接点部材２６、樹脂製の絶縁用リング
４２、副可動接点部材２７が順に嵌め合わされ、一方の
端部は、筒状基体４１のフランジ４１ａにより係止さ
れ、他方の端部は、筒状基体４１とともに軸部２１ａに
対して摺動自在に設けられた樹脂製の係止用リング４３
により係止されている。なお、係止用リング４３は、軸
部２１ａに形成された溝２１ｂに嵌め込まれたワッシャ
４４により係止され、軸部２１ａの端部２１ｃは、熱か
しめが施されていて、可動接点部４０は、コンタクトス
プリング４５により端部２１ｃに向かって付勢されてい
る。可動接点部４０において、主可動接点部材２６は、
低抵抗値の銅により形成され、副可動接点部材２７は、
弾性を与えるためにりん青銅等の銅合金によって形成さ
れている。

【００１７】以上の構成からなる第１実施例のマグネッ
トスイッチ２０を用いたスタータ１の作動を図４に示し
たモータ１１の特性を参考にして説明する。キースイッ
チ３を閉じると、バッテリＢからの電流がプルインコイ
ル２２およびモータ１１からなる直列回路と、ホールデ
ィングコイル２３に流れる。これによって、プランジャ
２１がコア３５へ向かって引き込まれ、それとともにド
ライブレバー１４によってピニオンギア１２がリングギ
ア２へ向かって押し出される。このとき、モータ１１を
流れる電流は小さく、アーマチュアを回転させるには不
十分であるため、モータ１１は起動しない。

【００１８】ピニオンギア１２が押し出されてリングギ
ア２に当接したとき、ピニオンギア１２とリングギア２
とが円滑に噛み合った場合には、副可動接点部材２７が
固定接点２４、２５に接触し、続けて主可動接点部材２
６が固定接点２４、２５に接触して、固定接点２４、２
５間を低抵抗値で導通する。この結果、モータ１１には
大きな電流値Ａ１が流れて起動し、リングギア２がトル
クＴ１で回転駆動されてエンジンを始動して、その回転
数は一点鎖線r.p.m.１に示すとおり次第に上昇し、それ
とともに電流値は減少し、トルクと回転数との積で表さ
れる出力Ｐ１は大きくなる。

【００１９】ピニオンギア１２がリングギア２に円滑に
噛み合わず衝突した場合には、ピニオンギア１２がある
程度押し出されると、高抵抗値の副可動接点部材２７が
固定接点２４、２５と接触し、バッテリＢからの電流
が、副可動接点部材２７およびモータ１１からなる直列
回路に流れる。副可動接点部材２７の抵抗値は、モータ
１１の抵抗値と同じ値に設定されているため、モータ１
１には電流値Ａ２が流れて、この電流によってモータ１
１は起動するが、電流値Ａ２が小さいため、トルクはＴ
２と小さい。このため、上記の電流値Ａ１の場合と比べ
て小さく、回転は緩やかである。従って、ピニオンギア
１２がリングギア２と噛み合っていない場合には、ピニ
オンギア１２はドライブスプリング１６によってリング
ギア２に向かって荷重が与えられた状態で低速回転を行
うため、ピニオンギア１２はリングギア２に確実に噛み
合う。

【００２０】噛み合い量が十分になってプランジャ２１
が十分に引き込まれると、主可動接点部材２６が固定接
点２４、２５に接触する。この結果、モータ１１への通
電回路が副可動接点部材２７から主可動接点部材２６に
切り換わり、モータ１１は、矢印Ｍに示すとおり、その
ときの回転数を維持しながら主可動接点部材２６を介し
た電流値Ａ３が直接流れ込むため、モータ１１には、電
流値Ａ３に対応する大きなトルクＴ３がトルクが発生
し、リングギア２を確実に回転駆動することができる。

【００２１】なお、図４中、一点鎖線は主可動接点部材
２６によって固定接点２４、２５間が導通された場合
を、破線は副可動接点部材２７のみによって固定接点２
４、２５間が導通された場合をそれぞれ示すものであっ
て、Ｐ１、Ｐ２は出力特性、r.p.m.１、r.p.m.２は回転
数、Ｒ１、Ｒ２は各可動接点部材２６、２７をそれぞれ
含むスタータ１全体に加わる印加電圧である。従って、
ここで、副可動接点部材２７のみを介してモータ１１へ
の通電が行われる場合のモータ１１の印加電圧は、Ｒ２
からＲ１を差し引いた値として示され、例えば、電流値
Ａ２の場合については、実線Ｖと破線Ｒ２との交点の電
圧値から一点鎖線Ｒ１で示される電圧値Ｖｍを差し引い
たＶｓが、モータ１１に印加されることを示しており、
副可動接点部材２７のみを介してモータ１１への通電が
行われる場合には、この電圧値Ｖｓによって立ち上がる
ことになる。

【００２２】図５に、ピニオンギア１２とリングギア２
との噛み合い性の指標となるモータ１１の回転数に対す
るピニオンギア１２とリングギア２との噛み合い巾Ｌ、
すなわち、リングギア２にピニオンギア１２が噛み合う
瞬間の回転数に対して、ピニオンギア１２がリングギア
２に対してどれだけ移動できるかを、２通りの押出力Ｆ
１、Ｆ２（但し、Ｆ２＞Ｆ１）について示す。ここで、
示される噛み合い巾Ｌは、次式で与えられる。

【００２３】

【数１】

【００２４】なお、数式１において、Ｇは各ギア２、１
２間の隙間、Ｆはマグネットスイッチ２０による押出
力、ωは噛み合い時の回転数、Ｗはクラッチ１３等の重
量である。ここで示されるとおり、モータ１１の立ち上
がりが速くて噛み合い時の回転数が回転数Ｎ１を中心と
した高い回転数になる場合には、十分な噛み合い性を得
るためには、ピニオンギア１２をリングギア２に対して
大きな力で押し付ける必要があるのに対して、モータ１
１の立ち上がりが回転数Ｎ２を中心とした緩やかな場合
には、小さな力でピニオンギア１２をリングギア２に押
し付けるだけで、同等の噛み合い性が得られることが分
かる。従って、本発明のように、可動接点部材を２段階
に設けて、先行して固定接点２４、２５に接触する副可
動接点部材２７の抵抗値を大きくすることによってモー
タ１１の立ち上がりを緩やかにすることができるもので
は、マグネットスイッチ２０のプランジャ２１には大き
な力が必要ない。従って、従来に比べてより小さなコイ
ル等を用いたものでも、十分な駆動力となるため、マグ
ネットスイッチ２０の小型軽量化を図ることができる。

【００２５】図６にマグネットスイッチ２０の第２実施
例を示す。この実施例では、副可動接点部材２７には、
弾性が与えられておらず、副可動接点部材２７に対して
荷重を与えるためのばね４５を別途に設けている。この
場合にも、第１実施例と同様に、副可動接点部材２７が
主可動接点部材２６に先行して各固定接点２４、２５に
接触するため、モータ１１を緩やかに起動させることが
できるため、ピニオンギア１２を弱い力でリングギア２
に当接させてもピニオンギア１２をリングギア２に確実
に噛み合わせることができる。従って、マグネットスイ
ッチ２０には、大きな駆動力が必要なく、小型のものに
よって得られる駆動力で十分であるため、スタータ１全
体の小型軽量化を図ることができる。図７、８、９に第
２実施例における副可動接点部材２７の具体的な形状例
を示す。図７の副可動接点部材２７は筒状基体４１の外
に嵌まる単純な円盤状を呈し、図８のものは、各固定接
点２４、２５への対応部分に対してのみ延長された板状
を呈し、図９のものは、各固定接点２４、２５との接触
ができるように変形されたコイル状を呈する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のスタータの概略を示す構成図
である。

【図２】本発明の実施例のスタータにおけるマグネット
スイッチの第１実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例のマグネットスイッチの第１実
施例の要部断面図である。

【図４】本発明の実施例のスタータの作動特性を示す特
性図である。

【図５】スタータにおける噛み合い時の回転数とピニオ
ンギアとリングギアとの噛み合い巾との関係を示す図で
ある。

【図６】本発明の実施例のマグネットスイッチの第２実
施例の要部断面図である。

【図７】本発明の実施例のマグネットスイッチの第２実
施例における副可動接点部材の形状例を示す斜視図であ
る。

【図８】本発明の実施例のマグネットスイッチの第２実
施例における副可動接点部材の他の形状例を示す斜視図
である。

【図９】本発明の実施例のマグネットスイッチの第２実
施例における副可動接点部材のさらに異なる形状例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

２ リングギア １１ モータ １２ ピニオンギア ２１ プランジャ ２２ プルインコイル ２３ ホールディングコイル ２４、２５ 固定接点（２つの固定接点） ２６ 主可動接点部材 ２７ 副可動接点部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭51−69015（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02N 11/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キースイッチ操作に応じて通電されるコ
   イルの電磁力により駆動されるプランジャの作動によっ
   て、ピニオンギアをエンジンのリングギアに噛み合わさ
   せるとともに、前記プランジャと連動する可動接点によ
   り２つの固定接点間を導通させて前記ピニオンギアを回
   転駆動させるモータに通電するスタータにおいて、 前記可動接点は、前記２つの固定接点間を低抵抗で導通
   させる第１の接点部材と、前記２つの固定接点間を高抵
   抗で導通させる第２の接点部材とを有しており、 前記第２の接点部材が前記２つの固定接点間を導通さ
   せ、続いて前記第２の接点部材に加えて前記第１の接点
   部材が前記２つの固定接点間を導通させる ことを特徴と
   するエンジンのスタータ。