JP3541985B2

JP3541985B2 - スタ−タ用一方向性クラッチ

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Publication number: JP3541985B2
Application number: JP12870595A
Authority: JP
Inventors: 長尾　　安裕
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JPH08326785A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スタ−タ用の一方向性クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタ−タは、バッテリからの電流エネルギーを直流電動機により機械エネルギーに変換し、これをエンジンに伝達し、エンジン始動に必要な回転数を得、エンジン始動後はエンジンからの機械エネルギーを遮断して自身を保護するように設計されている。また、その１回の作動時間は、通常２秒以下と非常に短時間で各部品の動作速度も速く、すべての面で極端な短時間定格仕様にて設計がなされている。
【０００３】
近年、燃費改善、エンジン性能向上、運転性能向上等のため、小型軽量化要求の増大、ＥＦＩ化への対応、使用温度範囲の拡大、耐振性の向上など、スタータへの要求は年々、厳しくなっていている。これに対応するため、約２０年前に、内部減速装置をもち、耐熱性、耐振性を向上させたスタータが開発され、順次バリエーションが増えるとともに改良が加えられ、現在では主流を占めるに至っている。
【０００４】
この内部減速装置を有するスタータでは、減速比を順次大きくすることにより、モータの大幅な小型軽量化を順次達成してきた。しかし、力を伝達する減速部や一方向性クラッチにおいては、減速比の増大による慣性質量の大幅な増大に伴い、増加する衝撃負荷やエンジン追従性の悪化をカバーするため、小型軽量化や構成の簡素化に逆行しているのが現状である。
【０００５】
更に、従来のスタータのクラッチは、オーバーラン性能を重視し、摩擦力を利用したローラークラッチが主流であったが、エンジン始動時の立ち上がり回転数の増加などの要因もあって、伝動子であるローラの磨耗が増大し、トルク伝達に必要な摩擦力を得ることと、ローラの磨耗を低減することとを両立する範囲で封入グリースの摩擦係数を選択せねばならず、グリース選択が容易ではなかった。
【０００６】
このため、本出願人は特願平６ー２２２３２８号の出願にてこれらの問題を改善する一方向性クラッチを提案したが、この提案でもまだ伝動子の空走距離が長いので、伝動子が空走している間に衝撃エネルギが蓄積されて大きな衝撃が発生するという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した一方向性クラッチでは、ローラの摩擦を利用してトルク伝達を行うのでローラに大荷重を掛ける必要があり、小型軽量化が困難であるという問題があった。
また、最近のエンジンの傾向から、始動時のエンジン回転数が増加し、ローラの磨耗が増大し、ローラ寿命が短縮されるという状況が生じており、ローラの磨耗低減のためにグリースの摩擦係数を低減すると、必要なトルク伝達のために装置が一層大型大重量化してしまうという問題もあった。
【０００８】
そこで、本出願人は、摩擦力によらないトルク伝達方式を行うラチェット式の一方向性クラッチを、特願平６ー２２２３２７号及び特願平６ー２２２３２８号の出願にて提案しているが、これらの方式では、エンジンクランキング中の脈動時においてクラッチが断続する際、伝動子の空走距離が大きいと、クラッチ接続時の衝撃が増大してしまうという問題が新たに派生することが判明した。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エンジンクランキング中の脈動時においてクラッチが断続する際の衝撃を低減しつつスタータの小型軽量化を実現することを、その目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
下記の第一、第二発明は、ローラー接触面をなす外周面にローラー係合溝及びローラー収容溝の一方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチインナと、前記クラッチインナの前記外周面に対して径方向へ所定間隙を隔てて対面してローラー接触面をなす内周面に前記両溝の他方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチアウタと、前記ローラー収容溝に略周方向へ変位可能に個別に収容されるとともに前記ローラー収容溝の所定の接続位置にて前記ローラー係合溝に係合して前記クラッチインナ及びクラッチアウタ間の一方向のトルク伝達を仲介する複数のクラッチローラーと、前記クラッチローラーを前記接続位置へ向けて付勢する付勢手段とを備え、リングギアに噛合するピニオンギアと電機子側出力軸との間に介設されて前記電機子側出力軸から前記ピニオンギアへトルクを伝達する一方向性クラッチであって、
前記ローラー係合溝は周方向へ前記ローラー収容溝よりも多数配設されていることを特徴とするスタ−タ用一方向性クラッチである。
【００１１】
第一発明では、前記複数のクラッチローラーの一部は前記ローラー係合溝を含む前記ローラー接触面の第１接触部位で接触し、前記複数のクラッチローラーの残部は前記ローラー係合溝を含む前記ローラー接触面の第２接触部位で接触し、前記両接触部位の径方向位置は異なることを特徴としている。
【００１２】
第二発明では、前記電機子出力軸と前記リングギヤとの回転数比を掛けて前記両者の回転数が定回転状態で等値となるように換算した前記電機子出力軸の換算回転数が前記エンジンのクランキング回転数の脈動変化時の減速局面にて前記リングギアの回転数以上となる回転数交差時点以前に前記ピニオンギアの駆動側の歯面を前記リングギアの被駆動側の歯面に当接させる所定の空転トルク値を有することを特徴としている。
【００１３】
【作用及び発明の効果】
第一、第二発明では、通常の一方向性クラッチの構成において更に、クラッチインナ及びクラッチアウタのうち、ローラー収容溝が形成されない方のローラー接触面に、ローラー係合溝がローラー収容溝より多数、周方向へ配設される。なお、電機子出力軸がピニオンギアを駆動するピニオン駆動状態においてクラッチローラーはローラー係合溝に嵌合した状態となってトルク伝達を行い、ピニオンギアの回転数が電機子出力軸のピニオンギア換算回転数より大きい場合にクラッチローラーは転動子非収容側筒部の接触面に対して相対回転してオーバーランニング状態となる。クラッチを繋ぐ時点、特に、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態に移行する過渡期間において、ローラー係合溝の配設ピッチがローラー収容溝の配設ピッチより小さいので、ローラーの空走距離が減少でき、この結果として接続の際の衝撃トルクを低減することができる。そして、従来の摩擦力を利用するトルク伝達形式に比較してトルク伝達のための伝動子の押圧荷重を低減でき、かつ上述のように衝撃トルクも低減できるので、一方向性クラッチ全体の小型軽量化を実現することができる。
【００１４】
好適には、ローラー収容溝の個数がローラー収容溝の個数の複数倍とされているので、常にローラー全てが動力伝達に寄与でき、偏心荷重の発生を阻止してローラー１個あたりの負担荷重を軽減して、ローラーなどの小型軽量化合や素材選択範囲の拡大を実現することができる。
【００１５】
第一発明では、クラッチローラーは転動子非収容側筒部の各ローラー接触面の周方向における少なくとも第１接触部位及び第２接触部位で接触し、第１接触部位と第２接触部位とはそれぞれ軸心からの距離（すなわち径方向位置）が異なるので、空走距離を更に短縮してクラッチローラーの磨耗を低減することができ、クラッチの断続を迅速に行うことができる。
【００１６】
更に説明すると、ローラー係合溝は最もローラーと強く係合する最大係合位置（すなわちクラッチローラーがローラー係合溝の肩部に当接する位置）を有し、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態に移行する際、クラッチローラーがローラー係合溝に対して周方向へ相対変位してローラの一部又は全部はこの位置にセットされる。ここで、各クラッチローラーが転動子非収容側筒部のローラー接触面の径方向等位置に当接される場合、換言すれば、ローラー係合溝の上記最大係合位置から等距離に位置する場合、もし各クラッチローラーがこれら最大係合位置から最遠位置に存在したとすると、全てのクラッチローラーが長い空走距離をいたずらに相対変位しなければそれぞれローラー係合溝に係合できない（落ち込めない）場合が生じ、この場合には、オーバーランニング状態から駆動状態に移行してからすぐに一方向性クラッチが繋がらず、このためにクラッチアウタ及びクラッチインナのうち、駆動する方が加速されたり接続衝撃が増大するなどの不具合が生じてしまう。すなわち、上記空走距離短縮による作用効果が減殺される。
【００１７】
これに対し、第一発明では、ローラー係合溝の凹設により周方向へ変位するにつれて径方向位置が周期的に変化するローラー接触面の互いに異なる径方向位置に別々に位置する第１接触部位、第２接触部位に各ローラが接触するので、両接触部位のうち、上記最大係合位置に近い方に存在するクラッチローラーが空走距離が短いので素早くローラー係合溝の最大係合位置に落ち込んで先に結合状態（トルク伝達状態）となり、ピニオン駆動状態となることができる。したがって、上記作用効果を一層向上することができる。
【００１８】
好適には、一方向性クラッチが、プラネタリギアを支承する減速軸がピニオンギア側に連結され、サンギアが電機子出力軸に連結された遊星減速機構のインターナルギアと固定部材との間に介設されるので、大径の部位に係合溝を多数形成することが可能となり、係合溝のピッチを一層縮小することができ、空走距離の一層の短縮及び衝撃トルクの一層の低減を実現することができる。また、減速比の分だけトルクが小さく、また径が大きいので伝動子押圧荷重を軽減でき、衝撃低減及び応力集中の軽減により、低強度の樹脂材料の採用など素材選択の幅を更に拡大することができる。
【００１９】
第二本発明では、電機子出力軸とリングギヤとの回転数比を掛けて両者の回転数が定回転状態で等値となるように換算した電機子出力軸の換算回転数がエンジンのクランキング回転数の脈動変化時の減速局面にてリングギアの回転数以上となる回転数交差時点以前にピニオンギアの駆動側の歯面をリングギアの被駆動側の歯面に当接させる空転トルク値をこの一方向性クラッチに与えるので、上記回転数交差時点経過後、ピニオンギアが電機子出力軸により駆動されてリングギアを駆動し始める時点でのバックラッシュが解消でき、歯面衝撃を大幅に低減することができ、その結果、始動騒音低減及びスタータ強度の格段の低減を実現することができる。以下、本構成の作用効果について更に詳しく説明する。まず、従来のスタ−タにおける問題を説明する。
【００２０】
リングギアとピニオンギアとの噛合を通じて始動トルクを伝達する従来のスタータでは、両ギヤの歯面間の隙間があるためにバックラッシュによる歯面衝撃が不可避的に発生し、この問題は、スタ−タ内部に減速装置を有する減速型スタータではピニオンギア側回転系の慣性が増大するので一層重大となっていた。特に、エンジンのクランキング時においてはエンジンの爆発行程期間と圧縮行程期間とでエンジンの発生トルクが正負に反転し、いわゆるトルク脈動が生じてリングギアの歯面がピニオンギアの歯面を繰り返し叩く現象が生じ、騒音低減の障害となっていた。また、この時に生じる大きな歯面衝撃を考慮してスタータを設計せねばならず、その小型軽量化の障害となっていた。
【００２１】
この問題に対し、本構成にように一方向性クラッチの空転トルクの低減により、両歯面を上記回転数交差時点以前に当接させると、簡単に歯面衝接時の衝撃を低減できることがわかった。
更に説明すれば、ピニオンギアと一体に回転する回転質量系であるピニオンギア回転質量系は、バックラッシュを通じてリングギアに対して相対微小回転可能となっており、一方向性クラッチを通じて電機子出力軸に対して所定の相対回転範囲において相対回転可能となっている。リングギアのクランキング脈動時の減速局面では、いままでリングギアにより駆動されていたピニオンギアはリングギアより過渡的に相対的に高速となり、その結果、ピニオンギアの被駆動側の歯面はリングギアの駆動側の歯面より離れ、それに続く更なるリングギアの減速によりピニオンギアの駆動側の歯面がリングギアの被駆動側の歯面に当接する。すなわち、両ギアの当接状態は、ピニオンギア駆動当接状態からリングギア駆動当接状態に変化する。ピニオンギア駆動当接状態は、リングギアの回転数がピニオンギアの換算回転数より小さくなった時点から開始される。リングギア駆動当接状態が生じる時点は、摩擦を無視すれば原理的には次のように決定される。
【００２２】
まず、以下の説明で角速度、角加速度はリングギヤに換算した値とする。時点ｔｐはリングギアが加速から減速に向かう時点すなわちその振動周期において角速度がピークとなる時点とし、この時のリングギアの角速度ωｒをωｒｏとし、ピニオンギアの角速度ωｐをωｐｏとし、この時のアーマチャの角速度ωａをωａｏとする。ωａｏはωｐｏに等しい。時点ｔｐから時間Δｔ後の時点ｔ１におけるリングギアの角速度ωｒをωｒ１とし、この時のピニオンギアの角速度ωｐをωｐ１とする。次に、その後、リングギアの角速度ωｒとピニオンギアの角速度ωｐとが一致した時点ｔｃ（＝ｔｐ＋Δｔｐｃ）におけるリングギアの角速度ωｒをωｒ２とし、ピニオンギアの角速度ωｐをωｐ２とし、この時のアーマチャの角速度ωａをωａ２とする。当然、ωｒ２＝ωｐ２＝ωａ２である。
【００２３】
ここで、アーマチャの角加速度をα、リングギアの角加速度をβ、ピニオンギアの角加速度をγとする。計算範囲において、これらの角加速度は一定と近似する。角度で表したバックラッシュ量をθｂ、Ｔｋを空走トルク、Ｉを慣性質量とする。当然、各加速度は、加速方向を＋として取り扱う。
時点ｔｐから時点ｔｃの間の期間Δｔｐｃにおいて、すなわち、リングギアの角速度ωｒがピーク値から減速し、逆にピニオンギアの角速度ωｐが増大して、両者が一致するまでの期間Δｔｐｃにおいて、以下の数式が成立する。
【００２４】
【数１】
ωｒｏ−ωａｏ＝△ｔｐｃ（α−β）
数式１を移項して、
【００２５】
【数２】
△ｔｐｃ＝（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β）
次に、時点ｔｐから時点ｔ１の間の期間Δｔ（Δｔ＜Δｔｐｃ）において、以下の数式が成立する。
【００２６】
【数３】
θｂ＝０．５（γ−β）△ｔ²
数式２を移項して、
【００２７】
【数４】
△ｔ＝（２θｂ／（γ−β））^1/2，（γ−β＞０）
なお、γは空走トルクＴｋと慣性質量Ｉとの間で以下の数式で規定される。
【００２８】
【数５】
γ＝−Ｔｋ／Ｉ
上式から、以下の数式が成立する。
【００２９】
【数６】
△ｔｐｃ−△ｔ
＝（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β）ー（（２θｂ）／（γ−β））^1/2
＝（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β）ー（２θｂ／（−Ｔｋ／Ｉ−β））^1/2＞０
数式６から、以下の数式を導出できる。
【００３０】
【数７】
（（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β））²＞２θｂ／（−Ｔｋ／Ｉ−β）＝−２θｂＩ／（Ｔｋ＋βＩ）
したがって、次の数式が成り立つ。
【００３１】
【数８】
−（Ｔｋ＋βＩ）＞（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ））²・２θｂＩ
したがって、次の数式が成り立つ。
【００３２】
【数９】
Ｔｋ＜−βＩ−（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ））²・２θｂＩ
上記数式の物理的な意味を以下に説明する。
上記期間において一方向性クラッチは空転しており、この時、ピニオンギア回転質量系から電機子出力軸側へ空転トルクが供給され、電機子出力軸側の回転質量系はこれにより加速され、またこの時スタ−タモータが電動動作していればその電動トルクによっても加速される。逆に、上記両状態間の間において、ピニオンギア回転質量系は上記空転トルクによる電機子出力軸の加速により消耗して減速される。
【００３３】
ピニオンギアの減速及び電機子出力軸の増速によりピニオンギアの換算角速度ωｐが電機子出力軸の換算角速度ωａに一致する時点をｔｃとすれば、上記時点ｔｐから時点ｔｃまでの時間（すなわち、ピニオンギアがリングギアよるトルクを受け取らなくなってからピニオンギアが電機子出力軸と実質的に結合されるまでの時間）Δｔｐｃを、上記Δｔより長く設定すれば、歯面衝撃を解消できることがわかる。
【００３４】
空転トルクＴｋが大きければ、リングギアが減速するにも関わらずピニオンギアの運動エネルギ消耗も大きくなってピニオンギアの減速率も増大する。その結果、ピニオンギアよりリングギアの換算角速度が相対的に大きくなって、ピニオンギアが上記両歯面間で変位してバックラッシュを解消する時点が遅れてしまう。一方、ピニオンギア回転質量系の慣性質量Ｉが増大すると、空転トルクによる運動エネルギの消耗によるピニオンギアの減速率が小さくなり、この結果、ピニオンギアがリングギアより相対的に高速化して上記バックラッシュの解消を速やかに行うことができる。
【００３５】
すなわち、空転トルクＴｋを（−βＩ−（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ））²・２θｂＩ）より小さく設定することにより、歯面衝撃を大幅に低減できることがわかる。
【００３６】
【実施例】
次に、本実施例のスタ−タを、図１を参照して説明する。
このスタ−タは、エンジンに配設されたリングギア１００に噛み合うピニオン２００や遊星歯車機構３００を内包するハウジング４００と、モータ５００と、マグネットスイッチ６００を内包するエンドフレーム７００とに大別される。また、スタ−タの内部では、ハウジング４００とモータ５００との間がモータ隔壁８００によって区画されている。
〔ピニオン２００の説明〕
図１に示すように、ピニオン２００には、エンジンのリングギア１００に噛合するピニオンギア２１０が形成されている。
【００３７】
ピニオンギア２１０の内周面には、出力軸２２０に形成されたヘリカルスプライン２２１に嵌まり合うピニオンヘリカルスプライン２１１が形成されている。一方、ピニオンギア２１０は、圧縮コイルバネよりなるリターンスプリング２４０により常に出力軸２２０の後方へ付勢されている。リターンスプリング２４０は、直接ピニオンギア２１０を付勢するのではなく、リング体４２０を介してピニオンギア２１０を付勢する。
〔遊星歯車機構３００の説明〕
遊星歯車機構３００は、図１に示すように、モータ５００の回転数を減速して、モータ５００の出力トルクを増大する減速手段である。遊星歯車機構３００は、モータ５００のアーマチャシャフト５１０の前側外周に形成されたサンギヤ３１０と、このサンギヤ３１０に噛合し、このサンギヤ３１０の周囲で回転する複数のプラネタリーギヤ３２０と、このプラネタリーギヤ３２０をサンギヤ３１０の周囲で回転自在に支持する出力軸２２０と一体形成されたプラネットキャリア３３０と、プラネタリーギヤ３２０の外周においてプラネタリーギヤ３２０と噛合する筒状で、かつ樹脂からなるインターナルギヤ３４０とからなる。
〔オーバーランニングクラッチ３５０の説明〕
オーバーランニングクラッチ（一方向性クラッチ）３５０は、インターナルギヤ３４０を、一方向のみ（エンジンの回転を受けて回転する方向のみ）回転可能に支持されている。オーバーランニングクラッチ３５０は、インターナルギヤ３４０の前側に一体形成された第１の円筒部をなすクラッチアウタ３５１と、遊星歯車機構３００の前方を覆う固定側をなすセンターブラケット３６０の後面に形成されている。一方向性クラッチ３５０は、図２に示すように、クラッチアウタ３５１の内周と対面して配置された第２の円筒部をなす環状のクラッチインナ３５２と、クラッチアウタ３５１の内周面に傾斜して形成されたローラー収納部（本発明でいうローラー収容溝）３５１ａに収納されるローラー３５３とを有している。このローラー収納部３５１ａは周方向に傾斜しており、スタ−タ駆動時にローラー３５３と係合するローラー係合面３５１ｂを有している。
【００３８】
クラッチインナ３５２の外周面には、周方向に複数個のローラー溝部（本発明でいうローラー係合溝）３５５が形成されている。このローラー溝部３５５はスタ−タ駆動時にローラー３５３を係合するローラー係合面３５２ｂと、このローラー収納部３５２ｂに導くローラーガイド面３５２ｃとを有している。また、ローラー収納部３５１ａのローラー係合面３５１ｂの対面側には、スタ−タオーバーラン時に、ローラー３５３をローラー収納部３５１ａにすくい上げる働きをするローラー収納ガイド部３５１ｄを備える。クラッチアウタ３５１のローラー係合面３５１ｂと、クラッチインナ３５２のローラー係合面３５２ｂとの位置関係は、スタ−タ駆動時にローラー３５３をそれぞれの面でトルク伝達方向前後から挟み込むように構成されており、クラッチアウタ３５１のローラー収納部３５１ａは、スタ−タオーバーラン時に、ローラー３５３を収納した際に、ローラー３５３の最内径がクラッチインナ３５２の最外径より若干大きくなるように設定されている。
【００３９】
このように構成すれば、スタ−タがエンジンによりオーバーランされた時に、モータ５００とピニオンギア２１０との回転差を吸収するようにクラッチアウタ３５１であるインターナルギヤ３４０がクラッチインナ３５２に対し空転すると、ローラー３５３はその遠心力を受けてクラッチインナ３５２外周面から離脱し、ローラー３５３やクラッチインナ３５２外周面の異常摩耗が防止できる。
【００４０】
また、クラッチインナ３５２においても、ローラー係合面３５２ｂとローラー３５３との接触部で、従来の楔効果を利用したローラー式一方向クラッチのような大きな応力がかからず、強度を増大することなく大トルクの伝達が行える。また、オーバーランニングクラッチ３５０は、出力軸２２０を軸受３７０を介して回転自在に支持するセンターブラケット３６０を利用しているので、軸方向長も長くすることなしに小型化を図ることができる。
〔センターブラケット３６０の説明〕
センターブラケット３６０は、ハウジング４００の後側の内部に配置されている。ハウジング４００とセンターブラケット３６０とは、ハウジング４００に係止されている。
〔プラネットキャリア３３０の説明〕
プラネットキャリア３３０は、後端に、プラネタリーギヤ３２０を支持するために径方向に伸びるフランジ形突出部３３１を備える。このフランジ形突出部３３１には、後方に伸びるピン３３２が固定されており、このピン３３２がメタル軸受３３３を介してプラネタリーギヤ３２０を回転自在に支持している。
【００４１】
また、プラネットキャリア３３０は、前側端部がハウジング４００の前端内部に固定されたハウジング軸受（図示せず）と、センターブラケット３６０の内周の内側筒部３６５内に固定されたセンターブラケット軸受３７０とによって、回転自在に支持されている。
このプラネットキャリア３３０は、内側筒部３６５の前端位置に環状溝３３４を備え、この環状溝３３４には、止め輪が嵌め合わされている。この止め輪と内側筒部３６５の前端との間には、プラネットキャリア３３０に対して回転自在に装着されたワッシャ３３６が設けられており、止め輪がワッシャ３３６を介して内側筒部３６５の前端に当接することにより、プラネットキャリア３３０が後方に移動することが規制される。また、プラネットキャリア３３０の後側を支持するセンターブラケット軸受３７０の後端は、内側筒部３６５の後端と、フランジ形突出部３３１との間に挟まれるフランジ部３７１を備え、フランジ形突出部３３１がフランジ部３７１を介して内側筒部３６５の後端に当接することにより、プラネットキャリア３３０が前方に移動することが規制される。
【００４２】
なお、プラネットキャリア３３０の後面には、軸方向に伸びる凹部３３７を備え、この凹部３３７内に配置されるプラネットキャリア軸受３８０を介してアーマチャシャフト５１０の前端を回転自在に支持している。
〔ハウジング４００の説明〕
ハウジング４００は、ハウジング４００の前端内部に固定された図示しないハウジング軸受で出力軸２２０を軸支するとともに、図示しない開口部からの雨水等の進入を極力低減するために、開口部にシャッタ４２０が配設される。
〔モータ５００の説明〕
モータ５００は、ヨーク５０１、モータ隔壁８００、不図示のブラシ保持部材に囲まれて配置されている。なお、モータ隔壁８００は、センターブラケット３６０との間で遊星歯車機構３００を収納するもので、遊星歯車機構３００内の潤滑油がモータ５００に進入するのを防ぐ役目も果たす。
【００４３】
モータ５００は、図１に示すように、アーマチャシャフト５１０、このアーマチャシャフト５１０に固定されて一体に回転する不図示の電機子鉄心および電機子コイルから構成されるアーマチャ（図示せず）と、このアーマチャを回転させる固定磁極（図示せず）とから構成され、固定磁極はヨーク（図示せず）の内周に固定されている。
〔アーマチャシャフト５１０の説明〕
アーマチャシャフト５１０は、プラネットキャリア３３０の後内部のプラネットキャリア軸受３８０、およびエンドフレーム７００内にある図示しない軸受によって回転自在に支持される。このアーマチャシャフト５１０の前端は、遊星歯車機構３００の内側に挿通されるとともに、上述のように、アーマチャシャフト５１０の前端外周には遊星歯車機構３００のサンギヤ３１０が形成されている。
（作動説明）
−始動開始時−
乗員によってキースイッチがスタ−タ位置に設定されると、バッテリからマグネットスイッチ６００の吸引コイルに通電されて、スイッチ６００の接点がＯＮし、端子６２０を介してモータ５００へ通電されると同時に、図示しないピニオン移行装置によりピニオン２００が、リングギア１００に噛合い、モータ５００で発生する回転力がアーマチャシャフト５１０から減速機構３００を通じて増大されてプラネットキャリア３３０に伝達され、更にスプライン２２１、２１１を通じてピニオン２００へ、更にリングギア１００へと伝達され、エンジンを駆動する。後述するクランキング状態を経てエンジンが着火して始動することによってエンジンのリングギア１００がピニオンギア２１０の回転よりも速く回転されると、リングギア１００の回転によってピニオンギア２１０が回転駆動される。すると、リングギア１００からピニオンギア２１０に伝えられた回転トルクは、プラネットキャリア３３０を介してプラネタリーギヤ３２０を支持するピン３３２に伝えられる。つまり、プラネットキャリア３３０によってプラネタリーギヤ３２０が駆動される。すると、インターナルギヤ３４０には、エンジン始動時とは逆回転のトルクがかかるため、オーバーランニングクラッチ３５０がリングギア１００の回転を許す。つまり、インターナルギヤ３４０にエンジン始動時とは逆回転のトルクがかかると、オーバーランニングクラッチ３５０のローラー３５３がクラッチインナ３５２より離脱し、インターナルギヤ３４０の回転が可能になる。
【００４４】
つまり、エンジンが始動して、エンジンのリングギア１００がピニオンギア２１０を回転駆動する相対回転は、オーバーランニングクラッチ３５０で吸収され、エンジンによってアーマチャが回転駆動されることがない。
エンジンが始動すると、乗員によってキースイッチ１０がスタ−ト位置から外され、マグネットスイッチ６００の吸引コイル６５０への通電が停止される。
【００４５】
これによりスイッチの接点がＯＦＦすると同時に図示しないピニオン移行装置も通電前の状態へ戻り、ピニオン２００はリターンスプリング２４０によりリングギアより離脱し、静止状態へ戻る。
−駆動状態（クランキング）時−
駆動状態（クランキング）を図２又は図３を参照して説明する。なお、図３はローラー収納部３５１ａの周方向における配設位置を図２に対して変更した変形例であるが、構成要素の構造、作用は同じであるので共通機能を有する構成要素には共通符号を付す。このローラー収納部３５１ａの周方向における配設位置の変更により、図３のクラッチ３５０のローラー３５３はクランキング時に全てローラー溝部３５５に収容され、かつ全てのローラー３５３はローラー溝部３５５のローラー係合面３５２ｂに係合している。すなわち、全てのローラー３５３はそれぞれ等径位置にてクラッチインナ３５２と係合している。一方、図２のクラッチ３５０のローラー３５３の内、互いに１２０度離れた３つのローラー３５３はクランキング時に全てローラー溝部３５５に収容され、かつこれら３つのローラー３５３はローラー溝部３５５のローラー係合面３５２ｂに接触している。すなわち、これら３つのローラー３５３はそれぞれ等径位置にてクラッチインナ３５２と係合している。一方、図２のクラッチ３５０のローラー３５３の内、互いに１２０度離れた残りの３つのローラー３５３はクランキング時にローラー係合面３５２ｂよりも浅いローラー係合面３５２ｃに接触している。すなわち、残りの３つのローラー３５３は最初の３つのローラー３５３よりも軸心から遠い位置にてクラッチインナ３５２に接触している。
【００４６】
すなわち、クランキング状態において、一部又は全部のローラー３５３はアウタ３５１の溝部３５１ａとインナの溝部３５２ａとで形成される空間に収納され、ローラー係合面３５１ｂと３５２ｂとローラー３５３との接触によりトルクを伝達する。
−オーバーランニング状態時−
オーバーラン時には、図４に示すようにローラー３５３は遠心力によりアウタ３５１の溝部３５１ａ、３５１ｄに収納され、アウタ３５１とインナ３５２と相対回転自在となる。
−オーバーランから駆動への移行時−
オーバーラン状態からクランキング状態への移行は、図５に示す過程を経て行われる。まずオーバーラン状態では、図４に示すようにエンジン回転数がスタ−タの回転数より高いため、これを吸収するようにインターナルギヤ３４０と直結したアウタ３５１が反時計方向に回転（空転）している。エンジン回転数とスタ−タ回転数が一致すると、アウタ３５１の回転数は「０」となる。この時点で伝動子３５３とアウタ３５１及びインナ３５２との関係が、図５の（ａ）に示すようになっていると、トルク伝達するまでには空走距離Ｌだけ空走が生じれば、アウタ３５１は時計廻り方向に回転スピードを持った状態で駆動状態へ移行する。この時、衝撃が発生し、その衝撃の大きさはアウタ３５１の回転スピードに係わるスタ−タとエンジンとの回転差に比例している。
【００４７】
本実施例では図２に示すように、クラッチアウタ３５１のローラー収納部（本発明でいうローラー収容溝）３５１ａより、クラッチインナ３５２のローラー溝部（本発明でいうローラー係合溝）３５５を格段に多く増設している。これにより、オーバーランニング状態から駆動状態への移行に際して、ローラー３５３の空走距離すなわち、現在位置に最も回転方向下流側で近接するローラー係合面３５２ｂまでの周方向距離は短縮され、この空走距離短縮により前述の作用効果を奏することができる。
【００４８】
更に、図２の態様では、インナ３５２の外周面とローラー３５３との接触部位の径方向位置が複数設定されている．このようにすれば、インナ３５２のローラー溝部３５５のうちの１部が最悪の位置（空走距離が最も大きい）にあったとしても、残部が素早くローラー溝部３５５に落ち込んで駆動状態に達し（空走距離Ｌが短縮され）、アウタ３５１の回転スピードが小さくなり、一方向性クラッチ３５０の結合衝撃を低減することができる。
【００４９】
図６及び図７は図２の変形態様であるが、図２と同様にインナ３５２の外周面とローラー３５３との接触部位の径方向位置が複数設定されている点では同じである。ただ、図６ではローラー溝部３５５の周方向配設ピッチを代えてこの構成を実現しているが、図７ではローラー収納部の周方向配設ピッチを代えてこの構成を実現している。
【００５０】
また、図３では、クラッチインナ３５２のローラー溝部（本発明でいうローラー係合溝）３５５をクラッチアウタ３５１のローラー収納部（本発明でいうローラー収容溝）３５１ａの整数（５）倍としている。このように均等ピッチで整数倍とすることにより、全てのローラー３５３がトルク伝達に寄与できる。また、偏心荷重の発生も抑止することができるために、ローラー３５３の一個当たりの荷重負担を低減しかつ均等化することができ、クラッチの長寿命化及び小型軽量化を実現することができる。
【００５１】
更に、上記各実施例の一方向性クラッチは、従来と同じくピニオンと一体に配置してもよく、その一例を図８に示す。３００ａは遊星減速機構、２０００はピニオン、３５００は一方向性クラッチ、３５３０はクラッチローラー、３５１０はクラッチアウタ、３５２０はクラッチインナである。
（実施例２）
他の実施例を図９を参照して説明する。
【００５２】
図９にエンジン着火前のクランキング状態でのリングギア１００の回転数及びモータ軸（電機子出力軸）５１０の換算回転数の時間変化を示し、図１０に従来のスタ−タにおけるエンジン着火後のクランキング状態でのリングギア１００の回転数及びモータ軸（電機子出力軸）５１０の換算回転数の時間変化を示し、図１１に本実施例のスタ−タにおけるエンジン着火後のクランキング状態でのリングギア１００の回転数及びモータ軸（電機子出力軸）５１０の換算回転数の時間変化を示す。なお、上記従来のスタータに比べて本実施例のスタータは一方向性クラッチ３５０の空転トルクが所定値以下に低減されている。
【００５３】
まず、従来のクラッチを用いた場合を図９、図１０にて説明する。図９のようにクランキング行程において上死点を過ぎると、エンジン（以後、エンジンはリングギア１００と一体回転するためリングギア１００の運動をエンジンの運動として説明する）は、膨張行程となるため急激に速度（回転数）が上昇する。
しかし、スタ−タモータ５００は、エンジンからの力がクラッチ３５０で遮断されるため、モータ５００自身のトルクとクラッチ３５０の空転トルクとの合成トルクにて加速されるのみである。従って、図９の破線のようにリングギア１００と比較してゆっくり増速する。この時、ピニオンギア２１０は、図１４のようにＢ面にてリングギア１００より力を受けてリングギア１００と同一速度となっている。リングギア１００が更に回転し、中間点を過ぎると、図９の実線のようにリングギア１００は圧縮力により減速される。この状態では、破線で示すようにスタ−タモータ５００は更に加速を続けている。一方、ピニオンギア２１０は、クラッチ３５０の空転トルクにより減速されながら図１０のようにリングギア１００と噛合ったまま一体で回転している。この時、従来のクラッチでは空転トルクがピニオン２００等の慣性に対して大きくされていてリングギア１００より速く減速されるため、依然として図１２のようにリングギア１００より力を受ける状態となっている。更に、リングギア１００が回転すると圧縮力が大きくなり急速に減速され、ついには増速中のスタ−タモータ５００の回転とＡ点にて同一となる。この直前の時点ではまだリングギア１００からピニオンギア２１０、クラッチ３５０を介してモータ５００へ力が伝達される状態であり、モータ軸（電機子出力軸）５１０とリングギア１００の間には図１２、図１４のようにギア間の駆動側のバックラッシュＣｎ、Ｃｎ１、Ｃｎ２やクラッチの遊び等があり、すぐには、モータ５００からの動力をリングギア１００に伝達できない。従ってギア間のバックラッシュやクラッチの遊びが「０」となり駆動が可能となるまでに空走状態が生じ、図９に示すようにリングギア１００は更に減速され、モータ５００は更に加速された状態となり、大きな相対回転差（Ｎ１）が生じた後、Ｂ点にて初めて動力を伝達する事になる。当然、ギア間では衝突が生じ、大きな衝撃や、騒音が発生する。また、この衝突によりスタ−タモータ５００は図９に示すように急激に減速されるとともにリングギア１００は加速されるため、リングギア１００の回転がスタ−タモータ５００の回転より再度大きくなる現象が生じる。従って上死点をすぎるまで衝突を繰り返す事となる。
【００５４】
一方、本実施例のスタ−タでは図１１に示すように、膨張行程から圧縮行程へ入いる場合において、ピニオンギア２１０を減速させるクラッチ３５０の空転トルクが小さくされているので、ピニオンギア２１０の減速がリングギア１００の減速より遅くなり（図１１の破線参照）、駆動側のバックラッシュは図１１のＣ点において図１３のように「０」の状態となる。従って、Ａ点において、ピニオンギア２１０とリングギア１００と間のバックラッシュのための空走は生じない。
【００５５】
次に、この時の遊星減速機構３００における状態を説明する。
まず、圧縮行程に入ってリングギア１００が減速され始めると、ピニオンギアを含む減速部は、慣性にて回転をつづけようとしている。この時、インターナルギヤ３４０はクラッチの空転トルクにより減速される。しかし、図１４に示すようにインターナルギヤ３４０とプラネタリギヤ３２０は噛合っているため、プラネタリギヤ３２０、シャフト３３１、ピニオンギア２００も同時に減速される。ところで、アーマチャギア３１０はモータ５００の増速により加速されているため、図１４に示したプラネタリギヤ３２０とアーマチャギア３１０との間のバックラッシュＣｎ２はすぐに「０」となり、アーマチャギア３１０からプラネタリギヤ３２０に動力を伝える状態となる。
【００５６】
このアーマチャギア３１０からの動力により加速されたプラネタリギヤ３２０は図１４に示すインターナルギヤ３４０とのバックラッシュＣｎ１を「０」とするように回転し、図１５及び図１６の駆動状態と同じ、ギアの噛合状態となる。従って、内部減速装置３００内のバックラッシュも「０」となり、図１１のＡ点においてギア間のバックラッシュによる空走がなくなる。
【００５７】
なお、一方向性クラッチ３５０の空転トルクＴｋを（−βＩ−（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ））²・２θｂＩ）より小さく設定することにより、歯面衝撃を大幅に低減できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスタ−タの一実施例を示す一部破断軸方向側面図である。
【図２】図１のスタ−タの一方向性クラッチの変形例のクランキング時における断面図である。
【図３】図１のスタ−タの一方向性クラッチのクランキング時における断面図である。
【図４】図１のスタ−タの一方向性クラッチのオーバーランニング時における断面図である。
【図５】図１のスタ−タの一方向性クラッチのオーバーランニング状態から駆動状態への過渡状態を示す断面図である。
【図６】図２の一方向性クラッチの他の変形例を示す断面図である。
【図７】図２の一方向性クラッチの他の変形例を示す断面図である。
【図８】図１のスタ−タの変形例を示す断面図である。
【図９】従来におけるエンジン未着火時のエンジンクランキング脈動状態におけるリングギア、ピニオンギア、電機子出力軸の回転数の変化を示す図である。
【図１０】従来におけるエンジン着火後のエンジンクランキング脈動状態におけるリングギア、ピニオンギア、電機子出力軸の回転数の変化を示す図である。
【図１１】エンジン着火後のエンジンクランキング脈動時のリングギア、ピニオンギア、電機子出力軸の回転数の変化を示す図である。
【図１２】リングギア１００及びピニオンギア２１０のオーバーラン時の状態を示す図である。
【図１３】リングギア１００及びピニオンギア２１０の駆動時の状態を示す図である。
【図１４】遊星減速機構の各ギヤのオーバーラン時の状態を示す図である。
【図１５】リングギア１００及びピニオンギア２１０の駆動時の状態を示す図である。
【図１６】遊星減速機構の各ギヤのオーバーラン時（圧縮行程時）の状態を示す図である。
【符号の説明】
１００はリングギア、２１０はピニオンギア、５１０は電機子出力軸、３５０は一方向性クラッチ、３５１はクラッチアウタ、３５２はクラッチインナ、３５３はクラッチローラー、３５５はローラー溝部、３５１ａはローラー収納部。

Claims

ローラー接触面をなす外周面にローラー係合溝及びローラー収容溝の一方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチインナと、前記クラッチインナの前記外周面に対して径方向へ所定間隙を隔てて対面してローラー接触面をなす内周面に前記両溝の他方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチアウタと、前記ローラー収容溝に略周方向へ変位可能に個別に収容されるとともに前記ローラー収容溝の所定の接続位置にて前記ローラー係合溝に係合して前記クラッチインナ及びクラッチアウタ間の一方向のトルク伝達を仲介する複数のクラッチローラーと、前記クラッチローラーを前記接続位置へ向けて付勢する付勢手段とを備え、リングギアに噛合するピニオンギアと電機子側出力軸との間に介設されて前記電機子側出力軸から前記ピニオンギアへトルクを伝達する一方向性クラッチであって、
前記ローラー係合溝は周方向へ前記ローラー収容溝よりも多数配設され、
前記複数のクラッチローラーの一部は前記ローラー係合溝を含む前記ローラー接触面の第１接触部位で接触し、前記複数のクラッチローラーの残部は前記ローラー係合溝を含む前記ローラー接触面の第２接触部位で接触し、前記両接触部位の径方向位置は異なることを特徴とするスタ−タ用一方向性クラッチ。
ローラー接触面をなす外周面にローラー係合溝及びローラー収容溝の一方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチインナと、前記クラッチインナの前記外周面に対して径方向へ所定間隙を隔てて対面してローラー接触面をなす内周面に前記両溝の他方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチアウタと、前記ローラー収容溝に略周方向へ変位可能に個別に収容されるとともに前記ローラー収容溝の所定の接続位置にて前記ローラー係合溝に係合して前記クラッチインナ及びクラッチアウタ間の一方向のトルク伝達を仲介する複数のクラッチローラーと、前記クラッチローラーを前記接続位置へ向けて付勢する付勢手段とを備え、リングギアに噛合するピニオンギアと電機子側出力軸との間に介設されて前記電機子側出力軸から前記ピニオンギアへトルクを伝達する一方向性クラッチであって、
前記ローラー係合溝は周方向へ前記ローラー収容溝よりも多数配設され、
前記電機子出力軸と前記リングギヤとの回転数比を掛けて前記両者の回転数が定回転状態で等値となるように換算した前記電機子出力軸の換算回転数が前記エンジンのクランキング回転数の脈動変化時の減速局面にて前記リングギアの回転数以上となる回転数交差時点以前に前記ピニオンギアの駆動側の歯面を前記リングギアの被駆動側の歯面に当接させる所定の空転トルク値を有することを特徴とするスタ−タ用一方向性クラッチ。
前記ローラー収容溝の個数は前記ローラー収容溝の個数の複数倍である請求項１又は２記載のスタ−タ用一方向性クラッチ。
前記一方向性クラッチは、プラネタリギアを支承する減速軸がピニオンギア側に連結され、サンギアが電機子出力軸に連結された遊星減速機構のインターナルギアと固定部材との間に介設される請求項１又は２記載のスタ−タ用一方向性クラッチ。