JP3555245B2 - スタータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、遊星歯車減速装置と固定部材間に一方向性クラッチを配置した遊星歯車減速型スタータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタータは、直流電動機（モータ）によりバッテリからの電流エネルギーを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、自身を保護する様、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早いため、すべての面で短時間定格用に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、使用環境（温度）範囲の拡大、振動負荷の増大等、スタータへの要求は年々厳しくなってきている。これに対応するため約２０年前に内部減速装置を持ち、耐熱性、耐振性を向上させたスタータが流動し始め、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においては、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においては、減速比を順次大きく取ることにより、モータの大巾な小型軽量化を順次達成して来た。しかしながら、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ＵＰによる慣性質量の大巾な増大に伴な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、最近一段と要求が増大している低コスト化が十分に行なわれていないのが現状である。
【０００５】
また、スタータ用一方向性クラッチは、オーバーラン性能を重視し、摩擦力を利用したローラクラッチが主流であったが、エンジン始動時の立上り回転数の増加等もあり、伝動子であるローラの摩耗が増大し、トルク伝達に必要な摩擦力を得るという特性と、ローラをなるべく摩耗させないという特性との両立を図る場合、封入するグリースの摩擦係数の選択が困難となってきており、それが小型化および低コスト化の障害となっている。
【０００６】
実開昭５２−１９５２８号公報は、遊星歯車減速機構のインターナルギアの外周面と、この遊星歯車減速機構を囲包するケーシングの内周面との間に一方向性クラッチを介設した遊星歯車減速機構付スタータを開示している。実開昭６１−５２７３１号公報は、駆動力伝達に有利で小型化の可能性が大きいラチェット型（爪）クラッチにおいて、オーバーラン時の爪の摩耗や騒音の原因であるスプリングによる伝動子とインナとの接触力の低減のため磁石の吸着を利用することを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
まず、上記した前者の公報の一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構付スタータの問題点を説明する。このスタータでは、ケーシングの内周面の収容溝に伝動子であるローラとそれをクラッチ接続方向へ付勢するスプリングとを収容する構造を採用しているので、駆動時及びオーバーラン時にかかわらず一定の力でローラをインターナルギアの径大な外周面に接触させる必要が生じ、そのためにオーバーラン時にインターナルギアに対するローラの相対周速が極めて大となり、ローラの摩耗による耐用年数の短縮が大きな問題となる。もちろん、摩耗低減のために摩擦係数の低いグリースを採用することもできるが、必要なクラッチ接続力を確保するためにローラからクラッチのインナをなすインターナルギアへ加える押圧力を摩擦係数の低下分だけ逆に増大しなければならず、その結果、この力に耐えるためにクラッチ自体が大型大重量化してしまう。
【０００８】
また、インターナルギアに加えられる上記押圧力によるインターナルギアの変形は上記摩擦及びクラッチ接続力の減少を招くので、インターナルギアの強度維持のためにインターナルギアの軽量化が困難であった。しかし、インターナルギアの重量及び径の増大はその慣性質量の増大を招いてしまう。ところで、ピニオン駆動状態からオーバーランニング状態への移行において、インターナルギアは停止状態よりピニオンの余分の回転数を吸収して高回転する状態までエンジンよりトルクを受ける。インターナルギアの慣性質量が大きいと、インターナルギアが停止状態より、高回転状態へ移行する際に、見掛けのクラッチの空転トルクが上昇するため、アーマチャへのトルク伝達が大きくなり、アーマチャの回転が過回転となる危険性が増えるとともに、スタータ自体がエンジンの負荷となり、初爆等においてエンジン回転の立上がりを阻害し、エンジン着火性を悪化させるという問題を有している。
【０００９】
更に、オーバーランニング状態において一方向性クラッチで生じる摩擦熱は摩擦力×インターナルギアの外周面の周速に比例するから周速が高いと、一方向性クラッチの発熱及びそれによる摩擦係数の変化も考慮しなければならないという不具合を生じる。次に、従来のラチェット型（爪）クラッチの問題点を説明する。
【００１０】
従来のラチェット型（爪）クラッチでは、摩擦によるトルク伝達作用の重要性が小さくなるので、ローラをローラ接触面に強力に押圧する必要がなくクラッチの小型軽量化を図ることができる利点をもつ反面、伝動子であるローラが相対回転自在に接触してトルク伝達がなされるローラ接触面にラチェット（爪）が多数形成されるために、付勢手段に付勢されてこのローラ接触面に押圧されるローラはオーバーランニング状態時においてこの爪を乗り越える際にがたつき、またローラの偏磨耗が生じるという問題を有していた。
【００１１】
次に、上記した後者の公報のラチェット型（爪）クラッチを有するスタータの問題点を説明する。このスタータでは、上記したオーバーラン時のがたつきや偏磨耗を低減するために、磁石の吸着を利用することを開示している。しかし、このクラッチでは、エンジン着火後、急にエンストした場合などにおいて、オーバーランニング状態から駆動状態へ速やかに移行できないという原理的な欠点を有している。すなわち、オーバーラン状態となってアウタに伝動子が収納されると、エンジンの状態に関係ないスタータの回転数のみに伝動子の動きが依存し、ある回転数まで低下しないと、インナと伝動子が係合しないため、最悪の場合、先に急に止ったエンジンと一体のインナとスタータモータと一体のアウタが高回転で係合して大きな衝撃が発生する。もちろん衝撃を低減するため係合する回転数を下げる（つまり、伝動子が溝に収納される回転数を下げる）ことも考えられるが、この場合にはエンジン負荷が軽くて駆動中の回転数が高い場合に伝動子がインナから外れてトルク伝達が不能となってしまう。
【００１２】
以上説明したように、従来のクラッチではオーバーラン時にも、回転するインナと伝動子との接触を保つのに必要な接触力を確保しているので、伝動子の摩耗が常に耐久性向上の最大の阻害要因となっていた。次に、上記した一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構付スタータに上記ラチェット型（爪）クラッチを採用する可能性について論じる。
【００１３】
ラチェット型（爪）クラッチは上記押圧力軽減によるインターナルギアの小型軽量化を実現できる可能性がある。しかし、プラネタリギアなどを囲包するインターナルギアの外周面の径の減少は困難であるので、そのオーバーランニング時の周速は高くならざるを得ず、上記したがたつきや偏磨耗が一層激しくなるという問題が生じる。
【００１４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ローラの磨耗を低減するとともにスタータ体格及びインターナルギアの慣性質量の削減を実現可能なスタータを提供することをその目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成は、電機子出力軸に連結されるサンギアと、前記サンギアに噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支承しつつ前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるプラネットキャリアと、前記プラネタリギアを囲包しつつ前記プラネタリギアと噛合するとともに前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるインターナルギアとを備え、前記プラネットキャリアがピニオンに連結される遊星歯車減速機構と、前記インターナルギア又はそれと一体の連結部材の回転内周面に形成されるローラ収容溝に収容されて固定部材の固定周面に接触するローラと、前記インターナルギア又は前記連結部材に保持されて前記ローラを前記固定周面へ向けて押圧する付勢手段とを有するとともに、オーバーランニング時に前記インターナルギアを一方向へ回転させて前記ローラを前記付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離側に変位させる一方向性クラッチとを備え、前記一方向性クラッチは、前記固定周面に形成されて前記ローラと係合するローラ係合溝を有することを特徴とするスタータである。
【００１６】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成において更に、前記インターナルギアは樹脂を主素材として形成されていることを特徴としている。
本発明の第３の構成は、電機子出力軸に連結されるサンギアと、前記サンギアに噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支承しつつ前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるプラネットキャリアと、前記プラネタリギアを囲包しつつ前記プラネタリギアと噛合するとともに前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるインターナルギアとを備え、前記インターナルギアがピニオンに連結される遊星歯車減速機構と、前記プラネットキャリア又はそれと一体の連結部材の回転内周面に形成されるローラ収容溝に収容されて固定部材の固定周面に接触するローラと、前記プラネットキャリア又は前記連結部材に保持されて前記ローラを前記固定周面へ向けて押圧する付勢手段とを有するとともに、オーバーランニング時に前記プラネットキャリアを一方向へ回転させて前記ローラを前記付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離側に変位させる一方向性クラッチと、を備え、前記一方向性クラッチは、前記固定周面に形成されて前記ローラと係合するローラ係合溝を有することを特徴とするスタータである。
【００１７】
本発明の第４の構成は、上記第３の構成において更に、前記ローラ収容溝は前記プラネタリギアの反ピニオン側に配設された前記プラネットキャリアの内周面に形成されることを特徴とするスタータである。
本発明の第５の構成は、上記第１から第４のいずれかの構成において更に、前記ローラ係合溝が前記ローラより多数形成されることを特徴としている。
【００１８】
【作用及び発明の効果】
本発明の第１の構成では、プラネットキャリアはピニオンに連結され、ローラはインターナルギアの回転内周面に形成されたローラ収容溝に収容され、付勢手段がローラを固定部材の固定周面へ押圧する。これによりピニオン駆動状態においてインターナルギアのトルクはローラを通じて固定部材に受承され、それらの回転が禁止される。
【００１９】
オーバーランニング時には、インターナルギアはローラとともに回転し、この回転による遠心力によりローラは付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離方向へ変位し、これにより、ローラ接触面をなす固定周面とローラとの間の摩擦はオーバーランニング時に軽減される。この結果、以下の作用効果を奏することができる。
【００２０】
第１に、上述のように従来の一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構に比べてオーバーランニング時におけるローラとローラ接触面との間の摩擦を低減することができるので、ローラの磨耗を大幅に低減することができ、オーバーランニング時における空転トルクも低減することができる。第２に、ローラ接触面及びローラはインターナルギアの径内側に配置できるので、ローラ接触面の周速を低減でき、ローラの摩耗を低減でき、耐用年数を延長することができ、全体の直径を縮小することができ、オーバーランニング時に生じる摩擦熱を低減することができる。
【００２１】
第３に、上記利点にもかかわらず、オーバーランニング状態が終了してピニオン駆動状態が開始される時点では、ローラとともに回転していたインターナルギアの回転は停止するので、この時点ではローラに遠心力が作用せず、付勢手段の付勢力は減殺されることなくローラを固定周面特にローラ係合溝に押圧されることができ、ピニオン駆動状態時における一方向性クラッチのクラッチ接続力を充分に確保することができる。
【００２２】
本発明の第１の構成では更に、固定部材の固定周面にローラと係合するローラ係合溝を形成するので、以下の作用効果を奏する。
まず、固定周面にローラ係合溝（ラチェット型（爪）クラッチにおける爪に相当）を有するので摩擦力の重要性が減り、その結果、クラッチインナ及びクラッチアウタの径方向の押圧力及びインターナルギアの強度、剛性を減らすことができ、それらの軽量低強度化を実現できる。更に、その結果として、ピニオンに接続されずオーバーランニング時に遊転するインターナルギアの慣性質量を低減できるので、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態への移行を速やかに行うことができる。
【００２３】
次に、上記作用効果を奏するにもかかわらず、オーバーランニング時のローラの回転で生じる遠心力がローラをクラッチ解離方向に付勢するので、従来のラチェット型（爪）クラッチにおける大きな問題であったオーバーランニング時のがたつきやローラの偏磨耗を低減することができる。
さらに、プラネットキャリアが前記ピニオンに連結され、ローラ収容溝がインターナルギアの内周面に形成されるので、構成が簡素となる利点が生じる。
本発明の第２の構成では、上記第１の構成において更に、インターナルギアは樹脂を主素材として形成されているので、一層の軽量化を図ることができる。
本発明の第３の構成では、インターナルギアはピニオンに連結され、ローラはプラネットキャリアの回転内周面に形成されたローラ収容溝に収容され、付勢手段がローラを固定部材の固定周面へ押圧する。これによりピニオン駆動状態においてプラネットキャリアのトルクはローラを通じて固定部材に受承され、それらの回転が禁止される。オーバーランニング時には、プラネットキャリアはローラとともに回転し、この回転による遠心力によりローラは付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離方向へ変位し、これにより、ローラ接触面をなす固定周面とローラとの間の摩擦はオーバーランニング時に軽減される。この結果、以下の作用効果を奏することができる。
第１に、上述のように従来の一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構に比べてオーバーランニング時におけるローラとローラ接触面との間の摩擦を低減することができるので、ローラの磨耗を大幅に低減することができ、オーバーランニング時における空転トルクも低減することができる。第２に、ローラ接触面及びローラはインターナルギアの径内側に配置できるので、ローラ接触面の周速を低減でき、ローラの摩耗を低減でき、耐用年数を延長することができ、全体の直径を縮小することができ、オーバーランニング時に生じる摩擦熱を低減することができる。第３に、上記利点にもかかわらず、オーバーランニング状態が終了してピニオン駆動状態が開始される時点では、ローラとともに回転していたプラネットキャリアの回転は停止するので、この時点ではローラに遠心力が作用せず、付勢手段の付勢力は減殺されることなくローラを固定周面特にローラ係合溝に押圧されることができ、ピニオン駆動状態時における一方向性クラッチのクラッチ接続力を充分に確保することができる。
本発明の第３の構成では更に、固定部材の固定周面にローラと係合するローラ係合溝を形成するので、以下の作用効果を奏する。まず、固定周面にローラ係合溝（ラチェット型（爪）クラッチにおける爪に相当）を有するので摩擦力の重要性が減り、その結果、クラッチインナ及びクラッチアウタの径方向の押圧力及びプラネットキャリアの強度、剛性を減らすことができ、それらの軽量低強度化を実現できる。更に、その結果として、ピニオンに接続されずオーバーランニング時に遊転するプラネットキャリアの慣性質量を低減できるので、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態への移行を速やかに行うことができる。次に、上記作用効果を奏するにもかかわらず、オーバーランニング時のローラの回転で生じる遠心力がローラをクラッチ解離方向に付勢するので、従来のラチェット型（爪）クラッチにおける大きな問題であったオーバーランニング時のがたつきやローラの偏磨耗を低減することができる。
本発明の第４の構成では、上記第３の構成において更に、ローラ収容溝がプラネタリギアの反ピニオン側に配設されたプラネットキャリアの内周面に形成されるので、構成が簡素となる利点が生じる。
本発明の第５の構成では、上記第１から第４のいずれかの構成において更に、ローラ係合溝がローラより多数形成されるので、以下の作用効果を奏することができる。
【００２４】
すなわち、ピニオン駆動状態においてローラはローラ係合溝に嵌合した状態でトルク伝達を行うので、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短縮されているため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。すなわち、ローラが空走している間に蓄積される衝撃トルクが小さくなる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
本発明のスタータの一実施例を、図１から図５の図面を参照して説明する。図１に示すように、スタータは、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や遊星歯車減速機構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、スタータの内部では、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及び図２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。
【００２８】
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、本実施例ではリング体４２０を介してピニオンギア２１０を付勢する。
〔遊星歯車減速機構３００の説明〕
図１及び図２に示すように、遊星歯車減速機構３００はモータ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。遊星歯車減速機構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ア３１０と、このサンギア３１０に噛合し、このサンギア３１０の周囲で回転する複数のプラネタリーギア３２０と、このプラネタリーギア３２０をサンギア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、プラネタリーギア３２０の外周においてプラネタリーギア３２０と噛合する筒状で、かつ樹脂からなるインターナルギア３４０とからなる。
〔オーバーランニングクラッチ３５０の説明〕
図４に示すように、オーバーランニングクラッチ３５０は、インターナルギア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、インターナルギア３４０の前側に一体形成された樹脂製の第１の円筒部をなすクラッチアウタ３５１と、遊星歯車減速機構３００の前方を覆う固定側をなすセンターブラケット（固定部材）３６０の後面に形成され、クラッチアウタ３５１の内周と対抗して配置された第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収納部（ローラ収容溝）３５１ａに収納されるローラ３５３とを有している。このローラ収納部３５１ａは周方向に傾斜しており、スタータ駆動時にローラ３５３と係合するローラ係合面３５１ｂを有している。
【００２９】
クラッチインナ３５２の外周面には、周方向へ複数個のローラ溝部（ローラ係合溝）３５５が形成されている。このローラ溝部３５５はスタータ駆動時にローラ３５３を係合するローラ係合面３５２ｂと、このローラ係合面３５２ｂへとローラ３５３を導くローラガイド面３５２ｃとを有している。ローラ収納部３５１ａのローラ係合面３５１ｂの対面側には、スタータオーバーラン時に、ローラ３５３をローラ収納部３５１ａ内へすくい上げる働きをするローラ収納ガイド部３５１ｄが形成されている。クラッチアウタ３５１のローラ係合面３５１ｂと、クラッチインナ３５２のローラ係合面３５２ｂとの位置関係は、スタータ駆動時にローラ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いる。また、クラッチアウタ３５１のローラ収納部３５１ａは、スタータオーバーラン時に、ローラ３５３を収納した際に、ローラ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。
【００３０】
このように構成すれば、遊星歯車減速機構３００のインターナルギア３４０に設けられた第１の円筒部をクラッチアウタ３５１となし、固定側をなすセンターブラケット３６０の第２の円筒部をクラッチインナ３５２とするとともに、クラッチアウタ３５１の内周にローラ３５３のローラ収納部３５１ａを形成しているので、スター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ア３４０がクラッチインナ３５２に対し空転すると、ローラ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３５３やクラッチインナ３５２の外周面の異常摩耗が防止できる。
【００３１】
また、第２の円筒部をなすクラッチインナ３５２にも、ローラ３５３との接触部分に、ローラ溝部３５５を設けているので、各部の応力を減少でき、小型軽量の一方向クラッチを実現することができる。更に、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、軸方向も長くすることなく、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、図３に示すもので、ハウジング４００の後側の内部に配置されハウジング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、プラネタリーギア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ア３２０を回転自在に支持している。
【００３２】
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３３５が嵌め合わされている。この止め輪３３５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３３５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。
【００３３】
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（図示せず）、モータ隔壁８００、ブラシ保持部材（図示せず）に囲まれて構成される。なお、モータ隔壁８００は、センターブラケット３６０との間で遊星歯車減速機構３００を収納するもので、遊星歯車減速機構３００内の潤滑油がモータ５００に進入するの防ぐ役目も果たす。
【００３４】
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図示しない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と、このアーマチャを回転させる図示しない固定磁極とから構成され、この固定磁極はヨークの内周に固定される。
〔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の後端部内のプラネットキャリア軸受３８０と、エンドフレーム７００内にある図示しない軸受とによって回転自在に支持される。アーマチャシャフト５１０の前端は、遊星歯車減速機構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減速機構３００のサンギア３１０が形成されている。
（基本作動）
乗員によって、キースイッチがスタート位置に設定されると、バッテリからマグネットスイッチの吸引コイルに通電され、スイッチの接点がＯＮし、端子６２０を介してモータ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、ピニオンギア２１０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より遊星歯車減速機構３００を通し、トルクが増大されてプラネットキャリア３３０に伝達され、更にヘリカルスプライン２２１、２１１を通じてピニオンギア２１０へ更にリングギア１００へ伝達され、エンジンを駆動する。その後、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駆動されると、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、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ア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ア３２０が駆動される。すると、インターナルギア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、インターナルギア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３５３が、クラッチインナ３５２より離脱し、インターナルギア３４０の回転が可能になる。
【００３５】
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。その後、エンジンが始動すると、乗員によってキースイッチがスタート位置から外され、マグネットスイッチの吸引コイルへの通電が停止される。
【００３６】
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（クランキング）時−
駆動時には図４に示す様にローラ（伝動子）３５３がクラッチアウタ３５１のローラ収納部（溝部、ローラ収容溝）３５１ａとクラッチインナのローラ係合溝（溝部）３５５とで形成される空間に収納され、ローラ係合面３５１ｂとローラ係合面３５２ｂとローラ（伝動子）３５３とによりトルクが伝達される。
−オーバーラン時−
図５に示すように、オーバーラン時にはローラ３５３はローラガイド面３５２ｃに沿って同時にローラ３５３自身の遠心力により、弾性体（付勢手段）をなすコイルスプリング３５６の押圧力に打ち勝って外径方向へ移動し、その結果、ローラ（伝動子）３５３はクラッチアウタ３５１のローラ収納部３５１ａ内に収納され、クラッチアウタ３５１及びローラ（伝動子）３５３とクラッチインナ３５２との接触は高速時には断たれることになる。
−エンジン始動着後にエンストして再駆動するとき−
下記の様に作動し、大きな衝撃が発生するのを防いでいる。
【００３７】
エンジンと噛合って回転するピニオンと連結し同一回転するプラネットキャリヤ３３０の回転数”ＮC”と、クラッチアウタに連結するインターナルギア３４０の回転数”ＮI”と、先端にサンギア３１０を有するアーマチャの回転数”ＮS”と、インターナルギアの歯数”ＺI”とサンギアの歯数”ＺS”には、遊星歯車減速装置の特性より、次の関係があり、従来のクラッチではなかったアーマチャの回転数と、エンジンの回転数と、ローラの遠心力を決めるローラの公転回転数の関係を一義的に決定している。
【００３８】
【数１】
ＮI＝ＮC−（ＮS−ＮC）×ＺS／ＺI
ここで、ローラの遠心力が、「０」となるインターナルギアの回転数ＮI＝０、つまりインターナルギアが停止する条件を見ると、
【００３９】
【数２】
ＮI＝０＝ＮC−（ＮS−ＮC）×ＺS／ＺI
となり、是により、
【００４０】
【数３】
ＮS＝（ＺI＋ＺS）／ＺS×ＮC
となる。すなわち、ピニオン軸（出力軸）２２０の回転数とアーマチャシャフト（電機子出力軸）５１０の減速後の換算回転数とが等しくなった時点で、インターナルギア３４０（クラッチアウタ３５１）の換算回転数が０となることを表わし、クラッチアウタであるインターナルギア３４０（クラッチアウタ３５１）はアーマチャシャフト５１０による出力軸（ピニオン軸）２２０の駆動時点には必ず停止することがわかる。なお、換算回転数とはリングギヤ側に換算した回転数である。
【００４１】
従って、本クラッチにおいては、エンジンが始動着後にエンストし、再度、エンジンを駆動する時には、まず、エンジンとアーマチャシャフト５１０の回転数の差を吸収するように高速で回転しているインターナルギア３４０（クラッチアウタ３５１）がエンジンの急激な回転低下に追従し急速に回転が減速される。スタータがエンジンを駆動し始め様とするまでに、インターナルギア３４０はその回転を下げ、ローラ３５３に働く遠心力は失われ、ローラ３５３は、弾性体の力により、確実に駆動側に移動され、ローラ３５３の遠心力は０となり、インターナルギア３４０が一度停止してからスムーズに駆動を始める。このように、先に停止しようとするエンジンが完全に停止する前にアーマチャシャフト５１０の回転数が減速比に決定されるエンジン回転数になった段階からアーマチャシャフト５１０は出力軸（ピニオン軸）２２０を駆動するため、相対回転差もなく駆動に移る時に大きな衝撃を発生する事もない。
【００４２】
また、上記の説明からわかるように、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態へ移行するに際し、ローラ３５３には遠心力が加わらないため、ローラ３５３を押圧するスプリング荷重も従来と比較して格段に削減することができ、このためコイルスプリング３５６及び各溝の形状などの形状自由度も大きくなる。以上の如く作動する本実施例のスタータによれば、従来に比べてオーバーラン状態からピニオン駆動状態へ移行する時の大きな衝撃を低減することができ、ローラ３５３とクラッチインナ３５２との接触を常に保つ必要もない。更に、ローラ３５３とクラッチインナとはオーバーラン状態で低回転時でも完全に分離できるため、ローラ３５３とクラッチインナ３５２との衝突によるがたつき、摩耗、騒音を良好に防止することができる。その結果、小型軽量の爪クラッチを採用することがき、スタータ全体の小型軽量化と、耐久性の向上を同時に達成できる。
（実施例２）
他の実施例を図６に基づいて説明する。
【００４３】
本実施例のスタータは、遊星歯車減速機構３００ａの出力軸としてのプラネットキャリア３３０ａをインターナルギア３４０ａに一体形成し、一方向性クラッチとしてのオーバーランニングクラッチ３５０ａをプラネットキャリア３３０ａとハウジング４００に回転不能に取付けられたプレートとの間に配設したものである。一方向性クラッチとしてのオーバーランニングクラッチ３５０ａのアウタやローラ等の作動は、実施例１と同様である。
【００４４】
遊星歯車減速機構３００ａは、アーマチャシャフト５１０の前側外周に形成されたサンギア３１０と、このサンギア３１０に噛合してその周囲を回転するプラネタリギア３２０と、プラネタリギア３２０の外周においてプラネタリギア３２０と噛合うとともに出力軸２２０に連結される端部を有するインターナルギア３４０ａとを有している。
【００４５】
プラネットキャリア３３０ａには、プラネタリギア３２０を軸受けを介して支承するピン３３２が固定されている。プラネットキャリア３３０ａの外周端から後方へ延設される円筒部３５１０の内周面は、プレートの円筒部３５２０の外周面に径方向所定間隙を介して対面している。円筒部３５１０の内周面にはローラ３５３と弾性体であるスプリング（図示せず）とを収納する溝部（ローラ収容溝）が実施例１と同様に凹設されている。また、プラネットキャリア３３０ａの内周端から後方へ円筒部が延設されこの円筒部は軸受けを介してアーマチャシャフト５１０を支承している。更に、ピン３３２の前端部には、プラネタリギア３２０の前方への軸方向変位を規制するプレート３３１ａが嵌着されている。
【００４６】
本実施例では、オーバーランニングクラッチ３５０ａが遊星歯車減速機構３００ａの後側に配設されているので、全体構成をコンパクトに構成することができる。本実施例においても、実施例１と同じ回転数関係が生じる。
【００４７】
【数４】
ＮI＝ＮC−（ＮS−ＮC）×ＺS／ＺI
ここで、ＮC＝０（キャリヤ軸停止）とすると、
【００４８】
【数５】
ＮI＝−ＮS／ＺI×ＮS
となる。したがって、スタータが駆動を始める時には、ローラ３５３に遠心力は働かないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のスタータの一部破断側面図である。
【図２】図１の要部拡大側面図である。
【図３】図１のオーバーランニングクラッチ３５０の部分におけるセンターブラケットを後側からみた正面図である。
【図４】図１のオーバーランニングクラッチ３５０のクランキング時の径方向断面図である。
【図５】図１のオーバーランニングクラッチ３５０のオーバーランニング時の径方向断面図である。
【図６】実施例２のスタータの一部破断側面図である。
【符号の説明】
５１０はアーマチャ出力軸（電機子出力軸）としてのアーマチャシャフト、３１０はサンギア、３２０はプラネタリーギア、３４０はインターナルギア、３３０はプラネットキャリア、３５０は一方向性クラッチとしてのオーバーランニングクラッチ、２００はピニオン、３５３はローラ、３５６はクラッチスプリング（付勢手段）をなすコイルスプリング、３５１ａはローラ収納部（ローラ収容溝）、３５５はローラ溝部（ローラ係合溝）、３５２ｂはローラ係合面。
【産業上の利用分野】
本発明は、遊星歯車減速装置と固定部材間に一方向性クラッチを配置した遊星歯車減速型スタータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタータは、直流電動機（モータ）によりバッテリからの電流エネルギーを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、自身を保護する様、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早いため、すべての面で短時間定格用に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、使用環境（温度）範囲の拡大、振動負荷の増大等、スタータへの要求は年々厳しくなってきている。これに対応するため約２０年前に内部減速装置を持ち、耐熱性、耐振性を向上させたスタータが流動し始め、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においては、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においては、減速比を順次大きく取ることにより、モータの大巾な小型軽量化を順次達成して来た。しかしながら、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ＵＰによる慣性質量の大巾な増大に伴な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、最近一段と要求が増大している低コスト化が十分に行なわれていないのが現状である。
【０００５】
また、スタータ用一方向性クラッチは、オーバーラン性能を重視し、摩擦力を利用したローラクラッチが主流であったが、エンジン始動時の立上り回転数の増加等もあり、伝動子であるローラの摩耗が増大し、トルク伝達に必要な摩擦力を得るという特性と、ローラをなるべく摩耗させないという特性との両立を図る場合、封入するグリースの摩擦係数の選択が困難となってきており、それが小型化および低コスト化の障害となっている。
【０００６】
実開昭５２−１９５２８号公報は、遊星歯車減速機構のインターナルギアの外周面と、この遊星歯車減速機構を囲包するケーシングの内周面との間に一方向性クラッチを介設した遊星歯車減速機構付スタータを開示している。実開昭６１−５２７３１号公報は、駆動力伝達に有利で小型化の可能性が大きいラチェット型（爪）クラッチにおいて、オーバーラン時の爪の摩耗や騒音の原因であるスプリングによる伝動子とインナとの接触力の低減のため磁石の吸着を利用することを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
まず、上記した前者の公報の一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構付スタータの問題点を説明する。このスタータでは、ケーシングの内周面の収容溝に伝動子であるローラとそれをクラッチ接続方向へ付勢するスプリングとを収容する構造を採用しているので、駆動時及びオーバーラン時にかかわらず一定の力でローラをインターナルギアの径大な外周面に接触させる必要が生じ、そのためにオーバーラン時にインターナルギアに対するローラの相対周速が極めて大となり、ローラの摩耗による耐用年数の短縮が大きな問題となる。もちろん、摩耗低減のために摩擦係数の低いグリースを採用することもできるが、必要なクラッチ接続力を確保するためにローラからクラッチのインナをなすインターナルギアへ加える押圧力を摩擦係数の低下分だけ逆に増大しなければならず、その結果、この力に耐えるためにクラッチ自体が大型大重量化してしまう。
【０００８】
また、インターナルギアに加えられる上記押圧力によるインターナルギアの変形は上記摩擦及びクラッチ接続力の減少を招くので、インターナルギアの強度維持のためにインターナルギアの軽量化が困難であった。しかし、インターナルギアの重量及び径の増大はその慣性質量の増大を招いてしまう。ところで、ピニオン駆動状態からオーバーランニング状態への移行において、インターナルギアは停止状態よりピニオンの余分の回転数を吸収して高回転する状態までエンジンよりトルクを受ける。インターナルギアの慣性質量が大きいと、インターナルギアが停止状態より、高回転状態へ移行する際に、見掛けのクラッチの空転トルクが上昇するため、アーマチャへのトルク伝達が大きくなり、アーマチャの回転が過回転となる危険性が増えるとともに、スタータ自体がエンジンの負荷となり、初爆等においてエンジン回転の立上がりを阻害し、エンジン着火性を悪化させるという問題を有している。
【０００９】
更に、オーバーランニング状態において一方向性クラッチで生じる摩擦熱は摩擦力×インターナルギアの外周面の周速に比例するから周速が高いと、一方向性クラッチの発熱及びそれによる摩擦係数の変化も考慮しなければならないという不具合を生じる。次に、従来のラチェット型（爪）クラッチの問題点を説明する。
【００１０】
従来のラチェット型（爪）クラッチでは、摩擦によるトルク伝達作用の重要性が小さくなるので、ローラをローラ接触面に強力に押圧する必要がなくクラッチの小型軽量化を図ることができる利点をもつ反面、伝動子であるローラが相対回転自在に接触してトルク伝達がなされるローラ接触面にラチェット（爪）が多数形成されるために、付勢手段に付勢されてこのローラ接触面に押圧されるローラはオーバーランニング状態時においてこの爪を乗り越える際にがたつき、またローラの偏磨耗が生じるという問題を有していた。
【００１１】
次に、上記した後者の公報のラチェット型（爪）クラッチを有するスタータの問題点を説明する。このスタータでは、上記したオーバーラン時のがたつきや偏磨耗を低減するために、磁石の吸着を利用することを開示している。しかし、このクラッチでは、エンジン着火後、急にエンストした場合などにおいて、オーバーランニング状態から駆動状態へ速やかに移行できないという原理的な欠点を有している。すなわち、オーバーラン状態となってアウタに伝動子が収納されると、エンジンの状態に関係ないスタータの回転数のみに伝動子の動きが依存し、ある回転数まで低下しないと、インナと伝動子が係合しないため、最悪の場合、先に急に止ったエンジンと一体のインナとスタータモータと一体のアウタが高回転で係合して大きな衝撃が発生する。もちろん衝撃を低減するため係合する回転数を下げる（つまり、伝動子が溝に収納される回転数を下げる）ことも考えられるが、この場合にはエンジン負荷が軽くて駆動中の回転数が高い場合に伝動子がインナから外れてトルク伝達が不能となってしまう。
【００１２】
以上説明したように、従来のクラッチではオーバーラン時にも、回転するインナと伝動子との接触を保つのに必要な接触力を確保しているので、伝動子の摩耗が常に耐久性向上の最大の阻害要因となっていた。次に、上記した一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構付スタータに上記ラチェット型（爪）クラッチを採用する可能性について論じる。
【００１３】
ラチェット型（爪）クラッチは上記押圧力軽減によるインターナルギアの小型軽量化を実現できる可能性がある。しかし、プラネタリギアなどを囲包するインターナルギアの外周面の径の減少は困難であるので、そのオーバーランニング時の周速は高くならざるを得ず、上記したがたつきや偏磨耗が一層激しくなるという問題が生じる。
【００１４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ローラの磨耗を低減するとともにスタータ体格及びインターナルギアの慣性質量の削減を実現可能なスタータを提供することをその目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成は、電機子出力軸に連結されるサンギアと、前記サンギアに噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支承しつつ前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるプラネットキャリアと、前記プラネタリギアを囲包しつつ前記プラネタリギアと噛合するとともに前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるインターナルギアとを備え、前記プラネットキャリアがピニオンに連結される遊星歯車減速機構と、前記インターナルギア又はそれと一体の連結部材の回転内周面に形成されるローラ収容溝に収容されて固定部材の固定周面に接触するローラと、前記インターナルギア又は前記連結部材に保持されて前記ローラを前記固定周面へ向けて押圧する付勢手段とを有するとともに、オーバーランニング時に前記インターナルギアを一方向へ回転させて前記ローラを前記付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離側に変位させる一方向性クラッチとを備え、前記一方向性クラッチは、前記固定周面に形成されて前記ローラと係合するローラ係合溝を有することを特徴とするスタータである。
【００１６】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成において更に、前記インターナルギアは樹脂を主素材として形成されていることを特徴としている。
本発明の第３の構成は、電機子出力軸に連結されるサンギアと、前記サンギアに噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支承しつつ前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるプラネットキャリアと、前記プラネタリギアを囲包しつつ前記プラネタリギアと噛合するとともに前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるインターナルギアとを備え、前記インターナルギアがピニオンに連結される遊星歯車減速機構と、前記プラネットキャリア又はそれと一体の連結部材の回転内周面に形成されるローラ収容溝に収容されて固定部材の固定周面に接触するローラと、前記プラネットキャリア又は前記連結部材に保持されて前記ローラを前記固定周面へ向けて押圧する付勢手段とを有するとともに、オーバーランニング時に前記プラネットキャリアを一方向へ回転させて前記ローラを前記付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離側に変位させる一方向性クラッチと、を備え、前記一方向性クラッチは、前記固定周面に形成されて前記ローラと係合するローラ係合溝を有することを特徴とするスタータである。
【００１７】
本発明の第４の構成は、上記第３の構成において更に、前記ローラ収容溝は前記プラネタリギアの反ピニオン側に配設された前記プラネットキャリアの内周面に形成されることを特徴とするスタータである。
本発明の第５の構成は、上記第１から第４のいずれかの構成において更に、前記ローラ係合溝が前記ローラより多数形成されることを特徴としている。
【００１８】
【作用及び発明の効果】
本発明の第１の構成では、プラネットキャリアはピニオンに連結され、ローラはインターナルギアの回転内周面に形成されたローラ収容溝に収容され、付勢手段がローラを固定部材の固定周面へ押圧する。これによりピニオン駆動状態においてインターナルギアのトルクはローラを通じて固定部材に受承され、それらの回転が禁止される。
【００１９】
オーバーランニング時には、インターナルギアはローラとともに回転し、この回転による遠心力によりローラは付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離方向へ変位し、これにより、ローラ接触面をなす固定周面とローラとの間の摩擦はオーバーランニング時に軽減される。この結果、以下の作用効果を奏することができる。
【００２０】
第１に、上述のように従来の一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構に比べてオーバーランニング時におけるローラとローラ接触面との間の摩擦を低減することができるので、ローラの磨耗を大幅に低減することができ、オーバーランニング時における空転トルクも低減することができる。第２に、ローラ接触面及びローラはインターナルギアの径内側に配置できるので、ローラ接触面の周速を低減でき、ローラの摩耗を低減でき、耐用年数を延長することができ、全体の直径を縮小することができ、オーバーランニング時に生じる摩擦熱を低減することができる。
【００２１】
第３に、上記利点にもかかわらず、オーバーランニング状態が終了してピニオン駆動状態が開始される時点では、ローラとともに回転していたインターナルギアの回転は停止するので、この時点ではローラに遠心力が作用せず、付勢手段の付勢力は減殺されることなくローラを固定周面特にローラ係合溝に押圧されることができ、ピニオン駆動状態時における一方向性クラッチのクラッチ接続力を充分に確保することができる。
【００２２】
本発明の第１の構成では更に、固定部材の固定周面にローラと係合するローラ係合溝を形成するので、以下の作用効果を奏する。
まず、固定周面にローラ係合溝（ラチェット型（爪）クラッチにおける爪に相当）を有するので摩擦力の重要性が減り、その結果、クラッチインナ及びクラッチアウタの径方向の押圧力及びインターナルギアの強度、剛性を減らすことができ、それらの軽量低強度化を実現できる。更に、その結果として、ピニオンに接続されずオーバーランニング時に遊転するインターナルギアの慣性質量を低減できるので、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態への移行を速やかに行うことができる。
【００２３】
次に、上記作用効果を奏するにもかかわらず、オーバーランニング時のローラの回転で生じる遠心力がローラをクラッチ解離方向に付勢するので、従来のラチェット型（爪）クラッチにおける大きな問題であったオーバーランニング時のがたつきやローラの偏磨耗を低減することができる。
さらに、プラネットキャリアが前記ピニオンに連結され、ローラ収容溝がインターナルギアの内周面に形成されるので、構成が簡素となる利点が生じる。
本発明の第２の構成では、上記第１の構成において更に、インターナルギアは樹脂を主素材として形成されているので、一層の軽量化を図ることができる。
本発明の第３の構成では、インターナルギアはピニオンに連結され、ローラはプラネットキャリアの回転内周面に形成されたローラ収容溝に収容され、付勢手段がローラを固定部材の固定周面へ押圧する。これによりピニオン駆動状態においてプラネットキャリアのトルクはローラを通じて固定部材に受承され、それらの回転が禁止される。オーバーランニング時には、プラネットキャリアはローラとともに回転し、この回転による遠心力によりローラは付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離方向へ変位し、これにより、ローラ接触面をなす固定周面とローラとの間の摩擦はオーバーランニング時に軽減される。この結果、以下の作用効果を奏することができる。
第１に、上述のように従来の一方向性クラッチ一体型遊星歯車減速機構に比べてオーバーランニング時におけるローラとローラ接触面との間の摩擦を低減することができるので、ローラの磨耗を大幅に低減することができ、オーバーランニング時における空転トルクも低減することができる。第２に、ローラ接触面及びローラはインターナルギアの径内側に配置できるので、ローラ接触面の周速を低減でき、ローラの摩耗を低減でき、耐用年数を延長することができ、全体の直径を縮小することができ、オーバーランニング時に生じる摩擦熱を低減することができる。第３に、上記利点にもかかわらず、オーバーランニング状態が終了してピニオン駆動状態が開始される時点では、ローラとともに回転していたプラネットキャリアの回転は停止するので、この時点ではローラに遠心力が作用せず、付勢手段の付勢力は減殺されることなくローラを固定周面特にローラ係合溝に押圧されることができ、ピニオン駆動状態時における一方向性クラッチのクラッチ接続力を充分に確保することができる。
本発明の第３の構成では更に、固定部材の固定周面にローラと係合するローラ係合溝を形成するので、以下の作用効果を奏する。まず、固定周面にローラ係合溝（ラチェット型（爪）クラッチにおける爪に相当）を有するので摩擦力の重要性が減り、その結果、クラッチインナ及びクラッチアウタの径方向の押圧力及びプラネットキャリアの強度、剛性を減らすことができ、それらの軽量低強度化を実現できる。更に、その結果として、ピニオンに接続されずオーバーランニング時に遊転するプラネットキャリアの慣性質量を低減できるので、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態への移行を速やかに行うことができる。次に、上記作用効果を奏するにもかかわらず、オーバーランニング時のローラの回転で生じる遠心力がローラをクラッチ解離方向に付勢するので、従来のラチェット型（爪）クラッチにおける大きな問題であったオーバーランニング時のがたつきやローラの偏磨耗を低減することができる。
本発明の第４の構成では、上記第３の構成において更に、ローラ収容溝がプラネタリギアの反ピニオン側に配設されたプラネットキャリアの内周面に形成されるので、構成が簡素となる利点が生じる。
本発明の第５の構成では、上記第１から第４のいずれかの構成において更に、ローラ係合溝がローラより多数形成されるので、以下の作用効果を奏することができる。
【００２４】
すなわち、ピニオン駆動状態においてローラはローラ係合溝に嵌合した状態でトルク伝達を行うので、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短縮されているため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。すなわち、ローラが空走している間に蓄積される衝撃トルクが小さくなる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
本発明のスタータの一実施例を、図１から図５の図面を参照して説明する。図１に示すように、スタータは、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や遊星歯車減速機構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、スタータの内部では、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及び図２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。
【００２８】
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、本実施例ではリング体４２０を介してピニオンギア２１０を付勢する。
〔遊星歯車減速機構３００の説明〕
図１及び図２に示すように、遊星歯車減速機構３００はモータ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。遊星歯車減速機構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ア３１０と、このサンギア３１０に噛合し、このサンギア３１０の周囲で回転する複数のプラネタリーギア３２０と、このプラネタリーギア３２０をサンギア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、プラネタリーギア３２０の外周においてプラネタリーギア３２０と噛合する筒状で、かつ樹脂からなるインターナルギア３４０とからなる。
〔オーバーランニングクラッチ３５０の説明〕
図４に示すように、オーバーランニングクラッチ３５０は、インターナルギア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、インターナルギア３４０の前側に一体形成された樹脂製の第１の円筒部をなすクラッチアウタ３５１と、遊星歯車減速機構３００の前方を覆う固定側をなすセンターブラケット（固定部材）３６０の後面に形成され、クラッチアウタ３５１の内周と対抗して配置された第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収納部（ローラ収容溝）３５１ａに収納されるローラ３５３とを有している。このローラ収納部３５１ａは周方向に傾斜しており、スタータ駆動時にローラ３５３と係合するローラ係合面３５１ｂを有している。
【００２９】
クラッチインナ３５２の外周面には、周方向へ複数個のローラ溝部（ローラ係合溝）３５５が形成されている。このローラ溝部３５５はスタータ駆動時にローラ３５３を係合するローラ係合面３５２ｂと、このローラ係合面３５２ｂへとローラ３５３を導くローラガイド面３５２ｃとを有している。ローラ収納部３５１ａのローラ係合面３５１ｂの対面側には、スタータオーバーラン時に、ローラ３５３をローラ収納部３５１ａ内へすくい上げる働きをするローラ収納ガイド部３５１ｄが形成されている。クラッチアウタ３５１のローラ係合面３５１ｂと、クラッチインナ３５２のローラ係合面３５２ｂとの位置関係は、スタータ駆動時にローラ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いる。また、クラッチアウタ３５１のローラ収納部３５１ａは、スタータオーバーラン時に、ローラ３５３を収納した際に、ローラ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。
【００３０】
このように構成すれば、遊星歯車減速機構３００のインターナルギア３４０に設けられた第１の円筒部をクラッチアウタ３５１となし、固定側をなすセンターブラケット３６０の第２の円筒部をクラッチインナ３５２とするとともに、クラッチアウタ３５１の内周にローラ３５３のローラ収納部３５１ａを形成しているので、スター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ア３４０がクラッチインナ３５２に対し空転すると、ローラ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３５３やクラッチインナ３５２の外周面の異常摩耗が防止できる。
【００３１】
また、第２の円筒部をなすクラッチインナ３５２にも、ローラ３５３との接触部分に、ローラ溝部３５５を設けているので、各部の応力を減少でき、小型軽量の一方向クラッチを実現することができる。更に、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、軸方向も長くすることなく、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、図３に示すもので、ハウジング４００の後側の内部に配置されハウジング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、プラネタリーギア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ア３２０を回転自在に支持している。
【００３２】
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３３５が嵌め合わされている。この止め輪３３５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３３５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。
【００３３】
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（図示せず）、モータ隔壁８００、ブラシ保持部材（図示せず）に囲まれて構成される。なお、モータ隔壁８００は、センターブラケット３６０との間で遊星歯車減速機構３００を収納するもので、遊星歯車減速機構３００内の潤滑油がモータ５００に進入するの防ぐ役目も果たす。
【００３４】
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図示しない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と、このアーマチャを回転させる図示しない固定磁極とから構成され、この固定磁極はヨークの内周に固定される。
〔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の後端部内のプラネットキャリア軸受３８０と、エンドフレーム７００内にある図示しない軸受とによって回転自在に支持される。アーマチャシャフト５１０の前端は、遊星歯車減速機構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減速機構３００のサンギア３１０が形成されている。
（基本作動）
乗員によって、キースイッチがスタート位置に設定されると、バッテリからマグネットスイッチの吸引コイルに通電され、スイッチの接点がＯＮし、端子６２０を介してモータ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、ピニオンギア２１０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より遊星歯車減速機構３００を通し、トルクが増大されてプラネットキャリア３３０に伝達され、更にヘリカルスプライン２２１、２１１を通じてピニオンギア２１０へ更にリングギア１００へ伝達され、エンジンを駆動する。その後、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駆動されると、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、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ア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ア３２０が駆動される。すると、インターナルギア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、インターナルギア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３５３が、クラッチインナ３５２より離脱し、インターナルギア３４０の回転が可能になる。
【００３５】
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。その後、エンジンが始動すると、乗員によってキースイッチがスタート位置から外され、マグネットスイッチの吸引コイルへの通電が停止される。
【００３６】
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（クランキング）時−
駆動時には図４に示す様にローラ（伝動子）３５３がクラッチアウタ３５１のローラ収納部（溝部、ローラ収容溝）３５１ａとクラッチインナのローラ係合溝（溝部）３５５とで形成される空間に収納され、ローラ係合面３５１ｂとローラ係合面３５２ｂとローラ（伝動子）３５３とによりトルクが伝達される。
−オーバーラン時−
図５に示すように、オーバーラン時にはローラ３５３はローラガイド面３５２ｃに沿って同時にローラ３５３自身の遠心力により、弾性体（付勢手段）をなすコイルスプリング３５６の押圧力に打ち勝って外径方向へ移動し、その結果、ローラ（伝動子）３５３はクラッチアウタ３５１のローラ収納部３５１ａ内に収納され、クラッチアウタ３５１及びローラ（伝動子）３５３とクラッチインナ３５２との接触は高速時には断たれることになる。
−エンジン始動着後にエンストして再駆動するとき−
下記の様に作動し、大きな衝撃が発生するのを防いでいる。
【００３７】
エンジンと噛合って回転するピニオンと連結し同一回転するプラネットキャリヤ３３０の回転数”ＮC”と、クラッチアウタに連結するインターナルギア３４０の回転数”ＮI”と、先端にサンギア３１０を有するアーマチャの回転数”ＮS”と、インターナルギアの歯数”ＺI”とサンギアの歯数”ＺS”には、遊星歯車減速装置の特性より、次の関係があり、従来のクラッチではなかったアーマチャの回転数と、エンジンの回転数と、ローラの遠心力を決めるローラの公転回転数の関係を一義的に決定している。
【００３８】
【数１】
ＮI＝ＮC−（ＮS−ＮC）×ＺS／ＺI
ここで、ローラの遠心力が、「０」となるインターナルギアの回転数ＮI＝０、つまりインターナルギアが停止する条件を見ると、
【００３９】
【数２】
ＮI＝０＝ＮC−（ＮS−ＮC）×ＺS／ＺI
となり、是により、
【００４０】
【数３】
ＮS＝（ＺI＋ＺS）／ＺS×ＮC
となる。すなわち、ピニオン軸（出力軸）２２０の回転数とアーマチャシャフト（電機子出力軸）５１０の減速後の換算回転数とが等しくなった時点で、インターナルギア３４０（クラッチアウタ３５１）の換算回転数が０となることを表わし、クラッチアウタであるインターナルギア３４０（クラッチアウタ３５１）はアーマチャシャフト５１０による出力軸（ピニオン軸）２２０の駆動時点には必ず停止することがわかる。なお、換算回転数とはリングギヤ側に換算した回転数である。
【００４１】
従って、本クラッチにおいては、エンジンが始動着後にエンストし、再度、エンジンを駆動する時には、まず、エンジンとアーマチャシャフト５１０の回転数の差を吸収するように高速で回転しているインターナルギア３４０（クラッチアウタ３５１）がエンジンの急激な回転低下に追従し急速に回転が減速される。スタータがエンジンを駆動し始め様とするまでに、インターナルギア３４０はその回転を下げ、ローラ３５３に働く遠心力は失われ、ローラ３５３は、弾性体の力により、確実に駆動側に移動され、ローラ３５３の遠心力は０となり、インターナルギア３４０が一度停止してからスムーズに駆動を始める。このように、先に停止しようとするエンジンが完全に停止する前にアーマチャシャフト５１０の回転数が減速比に決定されるエンジン回転数になった段階からアーマチャシャフト５１０は出力軸（ピニオン軸）２２０を駆動するため、相対回転差もなく駆動に移る時に大きな衝撃を発生する事もない。
【００４２】
また、上記の説明からわかるように、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態へ移行するに際し、ローラ３５３には遠心力が加わらないため、ローラ３５３を押圧するスプリング荷重も従来と比較して格段に削減することができ、このためコイルスプリング３５６及び各溝の形状などの形状自由度も大きくなる。以上の如く作動する本実施例のスタータによれば、従来に比べてオーバーラン状態からピニオン駆動状態へ移行する時の大きな衝撃を低減することができ、ローラ３５３とクラッチインナ３５２との接触を常に保つ必要もない。更に、ローラ３５３とクラッチインナとはオーバーラン状態で低回転時でも完全に分離できるため、ローラ３５３とクラッチインナ３５２との衝突によるがたつき、摩耗、騒音を良好に防止することができる。その結果、小型軽量の爪クラッチを採用することがき、スタータ全体の小型軽量化と、耐久性の向上を同時に達成できる。
（実施例２）
他の実施例を図６に基づいて説明する。
【００４３】
本実施例のスタータは、遊星歯車減速機構３００ａの出力軸としてのプラネットキャリア３３０ａをインターナルギア３４０ａに一体形成し、一方向性クラッチとしてのオーバーランニングクラッチ３５０ａをプラネットキャリア３３０ａとハウジング４００に回転不能に取付けられたプレートとの間に配設したものである。一方向性クラッチとしてのオーバーランニングクラッチ３５０ａのアウタやローラ等の作動は、実施例１と同様である。
【００４４】
遊星歯車減速機構３００ａは、アーマチャシャフト５１０の前側外周に形成されたサンギア３１０と、このサンギア３１０に噛合してその周囲を回転するプラネタリギア３２０と、プラネタリギア３２０の外周においてプラネタリギア３２０と噛合うとともに出力軸２２０に連結される端部を有するインターナルギア３４０ａとを有している。
【００４５】
プラネットキャリア３３０ａには、プラネタリギア３２０を軸受けを介して支承するピン３３２が固定されている。プラネットキャリア３３０ａの外周端から後方へ延設される円筒部３５１０の内周面は、プレートの円筒部３５２０の外周面に径方向所定間隙を介して対面している。円筒部３５１０の内周面にはローラ３５３と弾性体であるスプリング（図示せず）とを収納する溝部（ローラ収容溝）が実施例１と同様に凹設されている。また、プラネットキャリア３３０ａの内周端から後方へ円筒部が延設されこの円筒部は軸受けを介してアーマチャシャフト５１０を支承している。更に、ピン３３２の前端部には、プラネタリギア３２０の前方への軸方向変位を規制するプレート３３１ａが嵌着されている。
【００４６】
本実施例では、オーバーランニングクラッチ３５０ａが遊星歯車減速機構３００ａの後側に配設されているので、全体構成をコンパクトに構成することができる。本実施例においても、実施例１と同じ回転数関係が生じる。
【００４７】
【数４】
ＮI＝ＮC−（ＮS−ＮC）×ＺS／ＺI
ここで、ＮC＝０（キャリヤ軸停止）とすると、
【００４８】
【数５】
ＮI＝−ＮS／ＺI×ＮS
となる。したがって、スタータが駆動を始める時には、ローラ３５３に遠心力は働かないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のスタータの一部破断側面図である。
【図２】図１の要部拡大側面図である。
【図３】図１のオーバーランニングクラッチ３５０の部分におけるセンターブラケットを後側からみた正面図である。
【図４】図１のオーバーランニングクラッチ３５０のクランキング時の径方向断面図である。
【図５】図１のオーバーランニングクラッチ３５０のオーバーランニング時の径方向断面図である。
【図６】実施例２のスタータの一部破断側面図である。
【符号の説明】
５１０はアーマチャ出力軸（電機子出力軸）としてのアーマチャシャフト、３１０はサンギア、３２０はプラネタリーギア、３４０はインターナルギア、３３０はプラネットキャリア、３５０は一方向性クラッチとしてのオーバーランニングクラッチ、２００はピニオン、３５３はローラ、３５６はクラッチスプリング（付勢手段）をなすコイルスプリング、３５１ａはローラ収納部（ローラ収容溝）、３５５はローラ溝部（ローラ係合溝）、３５２ｂはローラ係合面。
Claims (5)
- 電機子出力軸に連結されるサンギアと、前記サンギアに噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支承しつつ前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるプラネットキャリアと、前記プラネタリギアを囲包しつつ前記プラネタリギアと噛合するとともに前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるインターナルギアとを備え、前記プラネットキャリアがピニオンに連結される遊星歯車減速機構と、
前記インターナルギア又はそれと一体の連結部材の回転内周面に形成されるローラ収容溝に収容されて固定部材の固定周面に接触するローラと、前記インターナルギア又は前記連結部材に保持されて前記ローラを前記固定周面へ向けて押圧する付勢手段とを有するとともに、オーバーランニング時に前記インターナルギアを一方向へ回転させて前記ローラを前記付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離側に変位させる一方向性クラッチと、
を備え、
前記一方向性クラッチは、前記固定周面に形成されて前記ローラと係合するローラ係合溝を有することを特徴とするスタータ。 - 前記インターナルギアは樹脂を主素材として形成されていることを特徴とする請求項１記載のスタータ。
- 電機子出力軸に連結されるサンギアと、前記サンギアに噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支承しつつ前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるプラネットキャリアと、前記プラネタリギアを囲包しつつ前記プラネタリギアと噛合するとともに前記サンギアに対して相対回転可能に配置されるインターナルギアとを備え、前記インターナルギアがピニオンに連結される遊星歯車減速機構と、
前記プラネットキャリア又はそれと一体の連結部材の回転内周面に形成されるローラ収容溝に収容されて固定部材の固定周面に接触するローラと、前記プラネットキャリア又は前記連結部材に保持されて前記ローラを前記固定周面へ向けて押圧する付勢手段とを有するとともに、オーバーランニング時に前記プラネットキャリアを一方向へ回転させて前記ローラを前記付勢手段の付勢に抗してクラッチ解離側に変位させる一方向性クラッチと、
を備え、
前記一方向性クラッチは、前記固定周面に形成されて前記ローラと係合するローラ係合溝を有することを特徴とするスタータ。 - 前記ローラ収容溝は前記プラネタリギアの反ピニオン側に配設された前記プラネットキャリアの内周面に形成されることを特徴とする請求項３記載のスタータ。
- 前記ローラ係合溝は前記ローラより多数形成される請求項１から４のいずれか記載のスタータ。
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