JP3749461B2 - 機関の始動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、機関の始動装置、特にピニオンとリングギアとの良好な結合を達成し結合時の衝撃及び衝撃音を低減する始動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の内燃機関の始動装置を示す概略構成図である。
図において、始動スイッチ２の一端側、及び常開の主接点９のバッテリー端子としての固定接点９Ａが、バッテリー１の正側端子に接続されており、始動スイッチ２の他端側が吸引コイル３ａと保持コイル３ｂの接続点Ａに接続されている。主接点９のモータ端子としての固定接点９Ｂは、吸引コイル３ａの他端に接続されるとともに、始動電動機の電機子１１のブラシ１１ａに接続されている。可動鉄心４は、固定鉄心７側に吸引されることにより、ロッド８並びにロッド８に固定された可動鉄心９Ｃを駆動し、主接点９を閉成する。なお、保持コイル３ｂの他端及び電機子１１のブラシ１１ｂは接地されている。
【０００３】
始動電動機の電機子１１の回転軸１６には、一方向性のクラッチ１３及びピニオン１４が軸方向移動可能に配設されている。一方、上記可動鉄心４の他端には、スプリング５を介してフック６が設けられており、レバー１７の一端が係合されている。このレバー１７の他端は上記クラッチ１３に係合されており、支点１７ａを中心として回動自在に設置されている。上記ピニオン１４はエンジン（図示せず）のリングギヤ１８に噛み合うように構成されている。なお、１５はピニオン１４のストッパである。
【０００４】
次に、上記従来の始動装置の動作について説明する。まず、始動スイッチ２をオンすると、吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂがバッテリー１に接続され、吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂに電流が流れる。これにより、可動鉄心４は、図示しないリターンスプリングを撓ませながら図中左方向に吸引移動される。この可動鉄心４の移動にともない、レバー１７が支点１７ａを中心に図中反時計方向に回動し、クラッチ１３を図中右方向に押し出す。そして、ピニオン１４の端面がリングギヤ１８の端面に当接した時点で、ピニオン１４の移動が止められる。この時、可動鉄心４は、吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂにより吸引されているので、可動鉄心４内のスプリング５を撓ませながら移動する。
【０００５】
そして、可動接点９Ｃが固定接点９Ａ、９Ｂに当接し、可動鉄心４の移動が止まる。主接点９が閉成された時点で、吸引コイル３ａの両端の電位差がほぼゼロとなり、吸引コイル３ａには電流が流れなくなり、保持コイル３ｂの吸引力のみで可動鉄心４の吸引を保持する。一方、主接点９が閉成されることで、電機子１１が通電付勢されて回転し始め、ピニオン１４とリングギヤ１８との歯がずれ、ピニオン１４がスプリング５の付勢力とスプライン（図示せず）により図中右方向に押し出され、リングギヤ１８に噛み合う。そして、電機子１１の回転力がピニオン１４を介してリングギヤ１８に伝達され、機関を始動させる。
【０００６】
機関始動後、始動スイッチ２をオフとすると、バッテリー１から可動接点９Ｃを介して吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂに電流が流れる。この時、保持コイル３ｂには吸引時と同方向の電流が流れ、吸引コイル３ａには吸引時と逆方向の電流が流れるため、保持コイル３ｂと吸引コイル３ａとには逆方向の吸引力が発生する。そして、電流が両コイルに直列に流れるため、両コイルに流れる電流値は同一である。従って、それぞれのコイルの巻き数を同等にしておくと、反対方向の吸引力が発生しても、それぞれの吸引力は同一アンペアターンとなり、互いの力を打ち消し合いゼロとなるため、可動鉄心４は図示しないリターンスプリングの付勢力により戻ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の始動装置においては、ピニオン１４とリングギヤ１８が完全に噛み合う前に電機子１１に通電されてピニオン１４が高速で回転を始めるので、ピニオン１４の歯面とリングギヤ１８の歯面との衝突時の衝撃が大きくなり、大きな衝撃音を発する問題がある。
【０００８】
また、ピニオン１４がストッパ１５に当接する前にピニオン１４の歯面がリングギヤ１８の歯面に衝突し、モータには大電流が流れるため大きなトルクが発生し、回転軸１６からピニオン１４を介してリングギヤ１８へ伝達される。このトルクの反力が回転軸１６に設置されたヘリカルスプライン部（図示せず）によりピニオン１４をリングギヤ１８の方向へ推し進める力となり、最終的にピニオン１４は加速されてストッパ１５と衝突する。その結果、大きな衝撃音を発する問題がある。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、ピニオンとリングギアとの良好な結合を達成し、結合時の衝撃及び衝撃音を大幅に低減する機関の始動装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンのリングギアに噛み合うピニオンを回転駆動する始動電動機と、
始動スイッチがＯＮされるとバッテリーから電力が供給される第１コイル、第１コイルの励磁により第１固定鉄心側に吸引されレバーを介してピニオンをリングギヤ方向へ移動させる第１可動鉄心を備えた第１の電磁石装置と、
ピニオンとリングギヤの端面同士が当接した時に撓んでピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢する弾性手段と、
始動スイッチがＯＮされてからピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うまでの時間ｔ１を計時するタイマ手段と、
上記時間ｔ１経過後にバッテリー電流が供給される第２コイル、この第２コイルの励磁により第２固定鉄心側に吸引される第２可動鉄心、第２可動鉄心の移動に連動して接離しバッテリーから始動電動機に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦする主接点を備えた第２の電磁石装置と、
第１コイルへの通電の開始から主接点が閉じるまでの間、始動電動機を低速で回転させるように始動電動機への電流を制御する電流制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電流制御手段による電流制御は、始動電動機に発生するトルクＴがＴ＞μＮｒとなるようにしたことを特徴とする。ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数、Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力、ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、タイマ手段による遅延時間ｔ１を０．０２秒＜ｔ１＜０．２秒としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の発明において、第１の電磁石装置の第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接した後に、バッテリーから第１コイルへの電流の供給を制限する第１の電流制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４の発明において、第２の電磁石装置の第２可動鉄心が第２固定鉄心に当接した後に、バッテリーから第２コイルへの電流の供給を制限する第２の電流制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５の発明の電流制御手段において、パルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６の発明において第１の電磁石装置と第２の電磁石装置を同軸上に配置したことを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、第１の電磁石装置の第１コイルが通電されて第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、このロッドが第２可動鉄心を主接点が閉じない距離を残して接点方向へ移動させるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１から請求項８の発明のタイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
（実施の形態１の構成）
図１はこの発明の実施の形態１による機関の始動装置を示す概略構成図である。 図において、バッテリー１の正側端子は始動スイッチ２の一端側に接続され、始動スイッチ２の他端側は第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０に接続されている。
第１の電磁石装置１００は、始動スイッチ２がＯＮすることによりバッテリー１から電力が供給される第１コイル１１０と、第１コイル１１０が励磁されることにより第１固定鉄心１２０側に吸引される第１可動鉄心１３４を備えている。そして、第１可動鉄心１３４には、スプリング１３７を介してフック１３５が設けられており、このフック１３５にレバー１７の一端が係合している。この第１可動鉄心１３４は、第１コイル１１０の励磁により固定鉄心１２０側に吸引されると、上記レバー１７を介して後述するピニオン１４をリングギヤ１８方向に移動させる役割を果す。また、弾性手段としてのスプリング１３７は、ピニオン１３とリングギヤ１８の端面同士が当接した時に撓んで、ピニオン１３をリングギヤ１８方向へ押圧付勢する。
【００２０】
始動電動機１０の電機子１１の回転軸１６には、一方向性のクラッチ１３及びピニオン１４が軸方向移動可能に配設されている。そして、上記レバー１７の他端はクラッチ１３に係合されており、上記レバー１７は支点１７ａを中心として回動自在に設置される。ピニオン１４は図示右方向に移動することによりエンジン（図示せず）のリングギヤ１８に噛み合うように構成され、ストッパ１５はピニオン１４の軸方向の移動を規制する。
【００２１】
タイマ手段２０は、始動スイッチ２がＯＮされてからピニオン１４がリングギヤ１８に十分に深く噛み合うまでの時間ｔ１を計時し、時間ｔ１経過後に第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０にバッテリー１からの電流を供給する。
通常、始動スイッチ２がＯＮになってからピニオン１４が十分に深くリングギヤに噛み合うのに要する時間は０．０２〜０．０５秒程度であるので、タイマ手段２０による遅延時間ｔ１を０．０２〜０．２秒の間で設定するのが好ましい。これ以上時間が短ければピニオン１４が十分に深くリングギヤ１８に噛み合う前に主接点９が閉じられることになり、これ以上長ければその分始動時間が長くなり、また始動スイッチ２をＯＮにしてからエンジンが回りは始めるまでの遅延時間が運転者に違和感として感じ取られるためである。
【００２２】
第２の電磁石装置２００は、タイマ手段２０を介してバッテリー１から電力が供給される第２コイル２１０と、第２コイル２１０が励磁されることにより第２固定鉄心２２０側に吸引される第２可動鉄心２３０と、第２可動鉄心２３０の吸引と連動して主接点９の可動接点９Ｃを固定接点９Ａ，９Ｂ側に接続させる可動接点軸２４４を備えている。また、主接点９の固定接点９Ａはバッテリー１の端子に接続され、固定接点９Ｂは始動電動機１０の電機子１１のブラシ１１ａに接続されており、主接点９が閉成されると始動電動機１０にバッテリー１の電力が供給される。
【００２３】
電流制御手段３０は、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０への電力供給の開始から主接点９が閉成するまでの間、始動電動機１０の電機子１１が低速で回転するように始動電動機１０へのバッテリー電力供給を制限するための回路であり、主接点９と並列的に接続されている。
また、電流制御手段３０を介して供給される電力により始動電動機の電機子１１の回転を制御する場合、電機子１１に発生するトルクＴがＴ＞μ・Ｎ・ｒとなるように制御する。ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数、Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力、ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径とする。
【００２４】
図２は第１の電磁石装置１００の具体的構成例を示す断面図である。
図において、第１可動鉄心集合体１３３は、底付円筒状の第１可動鉄心１３４と、第１可動鉄心１３４内に挿入されたフック１３５と、第１可動鉄心１３４の開口部インロー部１３４ａにかしめ固着されたワッシャ部材１３６と、フック１３５の底部に配設された鍔部１３５ａと上記ワッシャ部材１３６との間に懸架されたスプリング１３７から構成される。
フック１３５は、その前端部にシフトレバー１７のカム１７ｂが係合する溝１３５ｂを有し、第１可動鉄心集合体１３３の図示左動によって、シフトレバー１７を後述の如く弾性的に回動付勢する。１３５ｃはフック１３５の軸部、１３５ｄはフック１３５の係合溝１３５ｂを形成する係止部である。
筒状の磁性体ケース１３８は、第１可動鉄心集合体１３３をその前端部内周面に遊嵌支承し、このケース１３８のインロー部１３８ａにキャップ１４０と共に第１固定鉄心１２０をかしめ固着している。
第１コイル１１０はケース１３８の内周面に巻回される励磁コイルであり、始動スイッチ２を介してバッテリー１によって通電付勢され、上記可動鉄心１３４を図示左方に吸引付勢する役割を果す。
スプリング１５０は、上記固定鉄心１２０の突起部外周面段部１２０ａに収納され第１可動鉄心集合体１３３を図示右方へ付勢する。
【００２５】
図３は第２の電磁石装置２００の具体的構成例を示す断面図である。
図において、筒状の磁性体ケース２３５は、第２可動鉄心２３０をその前端部内周面に遊嵌支承し、この前端部内周面開口部にキャップ２３６をかしめ固着すると共に、後端部２３０ａにキャップ集合体２４０と第２固定鉄心２２０とをかしめ固着している。
第２コイル２１０はケース２３５の内周面に巻回される励磁コイルであり、タイマ手段２０を介してバッテリー電源によって通電付勢され、上記可動鉄心２３０を図示左方に吸引付勢する役割を果す。
スプリング２３７は、上記固定鉄心２２０の突起部外周面段部２２０ａに収納され第２可動鉄心２３０を図示右方へ付勢する。
可動接点集合体２４３は、第２固定鉄心２２０の中央部の穴２２０ｂに遊嵌支承されるもので、鍔部２４４ａを有する可動接点軸２４４と、この可動接点軸２４４に遊嵌される可動接点９Ｃを備えている。可動接点９Ｃは、一端が上記鍔部２４４ａに懸架されたスプリングポイント２４６によって、可動接点軸２４４に嵌着された止め輪４７に当接する如く弾性的に押圧付勢される。
２４８は上記可動接点集合体２４３を図示右方に付勢するスプリングリターン、２４９は上記キャップ集合体２４０を構成する樹脂モールドキャップであり、固定接点９Ａ，９Ｂを装着している。
【００２６】
図４は電流制御手段３０の一例を示す回路ブロック図である。
図４の電流制御手段３０は、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０への電力供給の開始（すなわち、始動スイッチ２のＯＮ）を検知すると共に、主接点９の閉成を検知するＯＮ／ＯＦＦ検知部３０Ａと、第１コイル１１０への電力供給の開始から主接点９の閉成までの間、所定周期、所定幅のパルス信号を発生するパルス発生部３０Ｂと、パルス発生部３０Ｂより発生したパルス信号のＯＮ時にバッテリー１からの電流を始動電動機１０へ供給することにより電流量を制御する電流制御部３０Ｃを備えている。
【００２７】
（実施の形態１の動作）
次に、実施の形態１の機関の始動装置の動作を、図５及び図６に基づいて説明する。図５は図１の機関の始動装置において始動スイッチをＯＮした状態を示す図であり、図６は始動スイッチをＯＮした時の動作を示す信号図である。なお、図６において、Ｘ１はピニオン１４とリングギア１８の静止状態での対向ギャップ、Ｘ２はピニオン１４とリングギア１８の噛合代、ｔ１はタイマ手段２０による計時時間、ｔ２は第２可動接点２２０の移動時間である。
【００２８】
図に示すように、始動スイッチ２がオンされると、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０がバッテリー１に接続され、第１コイル１１０に電流が流れる。そして、第１コイル１１０の励磁により、第１可動鉄心１３４は図示しないリターンスプリングを撓ませながら図中左方向に吸引移動される。この第１可動鉄心１３４の移動にともない、レバー１７が支点１７ａを中心に図中反時計方向に回動し、クラッチ１３を図中右方向に押し出す。そして、ピニオン１４の端面がリングギヤ１８の端面に当接すると、第１可動鉄心１３４はそのまま第１コイル１１０の吸引力により移動を続け弾性手段であるスプリング１３７を撓ませる。従って、ピニオン１４はスプリング１３７の弾性力により、リングギヤ１８方向へ押圧付勢される。
【００２９】
タイマ手段２０は、始動スイッチ２がＯＮされてからピニオン１４がリングギヤ１８に十分に深く噛み合うまでの間（ｔ１時間）を計時し、その間、第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０に電流を供給しないようにする。従って、その間（ｔ１時間）、主接点９は開いているので、バッテリー１から始動電動機１０には電力が供給されない。
一方、電流制御手段３０は、始動スイッチ２がＯＮされてから主接点９が閉成するまでの間、始動電動機１０の電機子１１が低速で回転するように始動電動機１０へのバッテリー１の電力を供給する。すなわち、図４の電流制御手段３０において、ＯＮ／ＯＦＦ検知部３０Ａが始動スイッチ２のＯＮを検知し、パルス発生部３０Ｂが所定幅及び所定周期のパルス信号を発生し、電流制御部３０Ｃがパルス信号のＯＮ時にバッテリー１からの電流を始動電動機１０へ供給する。
この時、始動電動機１０の電機子１１に発生するトルクＴが、Ｔ＞μＮｒとなるように制御する。ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数、Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力、ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径である。
以上の様に電流制御することにより、ピニオン１４はリングギヤ１８の端面を滑りながら回転し、噛み合い可能位置までくれば、スプリング１３４の押圧力により、ストッパ１５に当接するまで十分に深く噛み合う方向へ移動する。
【００３０】
そして、ピニオン１４が十分に深くリングギヤ１８に噛み合うのに必要な所定時間ｔ１が経過すれば、タイマ手段２０は第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０に電流を供給する。第２コイル２１０が通電されて励磁されると、第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０側に吸引される。そして、第２可動接点２３０が可動接点軸２４４を押すことにより可動接点９Ｃと固定接点９Ａ及び９Ｂが閉じ、電流制限回路３０は短絡されて始動電動機１０の電機子１１にバッテリー１からの電流が供給される。その結果、始動電動機１０がピニオン１３及びリングギア１４を介して図示しないエンジンを始動する。
【００３１】
（実施の形態１の効果）
以上のように、実施の形態１によれば、下記に示す効果を達成する。
（１）ピニオン１４は低速で回転しながらリングギヤ１８と噛み合い、十分に深く噛みあってからバッテリー１からの大電流が供給されてエンジンを始動開始するので、ピニオン１４とリングギヤ１８の歯面同士の衝突による衝撃音を大幅に低減できる。
（２）ピニオン１４がリングギヤ１８と十分に深く噛み合い、ストッパ１５と当接してからバッテリー１からの大電流が供給されるので、ピニオン１４とストッパ１５との衝突による衝撃音が大幅に低減できる。
（３）通常、始動スイッチがＯＮになってからピニオンが十分に深くリングギヤに噛み合うのに要する時間は０．０２〜０．０５秒程度であるので、タイマ手段による遅延時間を０．０２〜０．２秒の間で設定することにより、上記（１）、（２）の効果が得られる。なお、これ以上設定時間が短ければピニオンが十分に深くリングギヤに噛み合う前に接点が閉じられることになり、従来技術と同様の問題が生じる。一方、これ以上長ければ単純にその分始動時間が長くなり、また、始動スイッチ２をＯＮにしてからエンジンが回りは始めるまでの遅延時間が運転者に違和感として感じ取られる。
（４）ピニオン１４の端面がリングギヤ１８の端面と衝突する際、スプリング１３７によりピニオン１４をリングギヤ１８方向へ押圧付勢するので、このスプリング１３７により衝突音が吸収され低減される。
（５）上記（１）〜（４）より、ピニオン１４、リングギヤ１８、ストッパ１５の各部の磨耗と損傷が低減される。
（６）ピニオン１４をスプリング１３７で押圧付勢することにより、ピニオン１４とリングギヤ１８の摩擦力はスプリング１３７の作動力によって決まり、少ない電流でもピニオン１４を滑らせリングギヤ１８に噛み込ませることができるので、電流制御手段３０の容量を小さく済ませることができる。
（７）また、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０の吸引力が小さくていいので、第１コイル１１０の小型軽量化が図れる。
【００３２】
上記実施の形態１に対して、特許第２９８８２６４号公報ではキースイッチの投入により抵抗素子を介してスタータモータに通電して、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合うまではスタータモータを低速で回転させるとともに、噛み合い後に接点機構が抵抗素子を短絡してスタータモータを高速回転させる始動装置が開示されている。
また、特開平９−１１９３６５号公報では、バッテリーからスタータモータへ供給される電流を制限する電流制限手段と、電流制限手段を介してスタータモータへ電流を供給する第１スイッチと、ピニオンがリングギヤに実質的に噛み合ったとき電流制限手段をバイパスさせてスタータモータへの通電を行なう第２スイッチと、電流制限時間に通電される時間が所定時間に達すると電流制限手段への通電を停止する時間制限手段を備えた始動装置が開示されている。
しかしながら、特許第２９８８２６４号公報、又は特開平９−１１９３６５号公報に開示されている始動装置では、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接したときにピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢するスプリングが構成されておらず、ピニオンをリングギヤへ押し付ける力はコイルの吸引力で決まる。この吸引力はコイルに流れる電流値に比例し、バッテリーの状態、配線抵抗などにより大きく影響されることになる。また、可動鉄心と固定鉄心との距離にも影響される。したがって、確実にピニオンをリングギヤへ押し付け、跳ね返されないようにするためには、比較的余裕を持ってコイルの吸引力を高く設定する必要がある。更に、低速でモータを回転させピニオンをリングギヤへ噛み合わせようとした際に、ピニオンとリングギヤの摩擦力以上の回転力を発生させなければならず、そのためにはモータへそれ相応の電流を流す必要がある。その結果、抵抗素子又は電流制限手段の容量を大きくする必要がある。また、摩擦力に打ち勝って回転を始めたピニオンがリングギヤの歯面あるいはストッパに衝突するときに発する衝撃音が大きくなってしまう。
また、上記の様にスプリングを構成していない装置では、ピニオンの端面がリングギヤの端面に衝突したときの衝撃を吸収するものがなく、その結果、衝撃音が大きくなってしまう。
【００３３】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による機関の始動装置を示す概略構成図である。 図において、第１の電流制御手段１００Ａは、始動スイッチ２と第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０の間に配設され、タイマ手段２０によりピニオン１４がリングギヤ１８に十分に深く噛み合うまでの時間（ｔ１時間）を計時した後、つまり第１の電磁石装置１００の第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接した後に、バッテリー１から第１コイル１１０への電流を制限する役割を果す。この第１の電流制御手段１００Ａによる電流制限値は、第１の電磁石装置１００の第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接し続けることが可能な最低電流値とする。
【００３４】
また、第２の電流制御手段２００Ａは、タイマ手段２０と第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０の間に配設され、主接点９の可動接点９Ｃと固定接点９Ａ及び９Ｂが閉じたことを検知した後、つまり第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０に当接した後、バッテリー１から第２コイル２１０への電流を制限する手段である。この第２の電流制御手段２００Ａによる電流制限値は、第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０に当接し続けることが可能な最低電流値とする。その他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
以上のように、実施の形態２によれば、第１の電流制御手段１００Ａにより、第１の電磁石装置１００の第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接した後にバッテリー１から第１コイル１１０への電流を制限するようにしたので、第１コイル１１０の発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。また、第２の電流制御手段２００Ａにより、第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０に当接した後にバッテリー１から第２コイル２１０への電流を制限するようにしたので、第２コイル２１０の発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。
その結果、始動装置の消費電力が低減され、始動装置の効率の向上を図ることができる。
【００３６】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による第１及び第２の電磁石装置の配置を示した図である。
実施の形態３では、第１の電磁石装置１００及び第２の電磁石装置２００を同軸上に配置する。すなわち、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０、第１可動鉄心１３４、第１固定鉄心１２０、並びに第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０、第２可動鉄心２３０、第２固定鉄心２２０、可動接点軸２４４を同軸上に配置する。
【００３７】
実施の形態３によれば、第１の電磁石装置１００及び第２の電磁石装置２００を同軸上に配置したので、始動装置全体の構成のレイアウトが向上し、始動装置がコンパクトになる。
【００３８】
実施の形態４．
図９及び図１０はこの発明の実施の形態４による第１及び第２の電磁石装置の配置を示した図である。
実施の形態４では、実施の形態３と同様に、第１の電磁石装置１００及び第２の電磁石装置２００を同軸上に配置し、第１の電磁石装置１００と第２の電磁石装置２００の間に非磁性体のロッド３００を設ける。このロッド３００は、第１コイル１１０の励磁により第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に吸引される時に第１可動鉄心１３４により押圧されると共に、第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０を距離Ｌ１だけ移動させる。その結果、第２の電磁石装置２００では、第２コイル２１０の励磁により、第２可動鉄心１３４及び可動鉄心軸２４４を、距離（Ｌ−Ｌ１）だけ移動させることにより、主接点９が閉成する。
【００３９】
実施の形態４によれば、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０に通電され、第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接する前にロッド３００に当接し、このロッド３００が第２可動鉄心２３０を主接点９が閉じない距離（Ｌ−Ｌ１）を残して主接点方向へ移動させるようにしたので、第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０の吸引力が小さくても主接点９を閉成することができ、第２電磁石装置２００を小型軽量化することができる。
また、第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接する前にロッド３００に当接し、そこで第１可動鉄心１３４の速度が減速されるので、第１固定鉄心１２０に衝突するときの衝撃音が低減される。
【００４０】
その他の実施の形態．
上記実施の形態においては、電流制御手段としてパルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するように構成したが、電流制御装置としてコイル等の抵抗体で構成する様にしても良い。
また、タイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けるようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２の発明によれば、始動スイッチがＯＮされると、まず、第１の電磁石装置の第１コイルが通電され、第１コイルの励磁により第１可動鉄心が吸引されレバーを介してピニオンをリングギヤ方向へ移動させる。ピニオンとリングギヤの端面同士が当接した時に、弾性手段が撓んでピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢する。そして、電流制御手段によりピニオンは低速で回転しながらリングギヤと噛み合う。その後、タイマ手段の計時によりピニオンがリングギアと十分に深く噛みあってからバッテリーからの電流が第２の電磁石装置に供給されてエンジンを始動開始する。そのため、ピニオンとリングギヤの歯面同士の衝突による衝撃音を大幅に低減できる効果がある。
また、ピニオンがリングギヤと十分に深く噛み合いストッパと当接してから、バッテリーの電流が第２の電磁石装置に供給されるので、ピニオンとストッパとの衝突による衝撃音が大幅に低減できる効果がある。
更に、ピニオンの端面がリングギヤ端面と衝突する際、弾性手段によりピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢するので、この弾性手段により衝突音が吸収され低減される。
以上より、ピニオン、リングギヤ、ストッパ各部の磨耗及び損傷が低減される効果がある。
更に、ピニオンを弾性手段で押圧付勢することにより、ピニオンとリングギヤの摩擦力は弾性手段の作動力によって決まり、第１の電磁石手段の第１コイルへ供給する電流が少なくても、ピニオンを滑らせリングギヤに噛み込ませることができるので、電流制御手段の容量が小さくて済む。
また、第１コイルの吸引力が小さくていいので、コイルの小型軽量化が図れる。
【００４２】
請求項３の発明によれば、タイマ手段による遅延時間ｔ１を０．０２秒＜ｔ１＜０．２秒とすることにより、始動スイッチがＯＮになってからピニオンがリングギアに十分に深く噛み合うことができる。
【００４３】
請求項４の発明によれば、第１の電流制御手段を設けて、第１の電磁石装置の第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接した後にバッテリーから第１コイルへの電流を制限するようにしたので、第１コイルの発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。その結果、始動装置の消費電力が低減され、始動装置の効率の向上を図ることができる。
【００４４】
請求項５の発明によれば、第２の電流制御手段を設けて、第２の電磁石装置の第２可動鉄心が第２固定鉄心に当接した後にバッテリーから第２コイルへの電流を制限するようにしたので、第２コイルの発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。その結果、始動装置の消費電力が低減され、始動装置の効率の向上を図ることができる。
【００４５】
請求項６の発明によれば、電流制御手段においてパルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するようにしたので、簡単な構成で電流制御を行えると共に、コイル等の抵抗体で構成することに比べ小型軽量化が図れる。
【００４６】
請求項７の発明によれば、第１の電磁石装置と第２の電磁石装置を同軸上に配置したので、始動装置全体の構成のレイアウトが向上し、始動装置がコンパクトになる効果がある。
【００４７】
請求項８の発明によれば、第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、このロッドが第２可動鉄心を主接点が閉じない距離を残して主接点方向へ移動させるようにしたので、第２の電磁石装置の第２コイルの吸引力が小さくても主接点を閉成することができ、第２電磁石装置を小型軽量化することができる。
また、第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、そこで第１可動鉄心の速度が減速されるので、第１固定鉄心に衝突するときの衝撃音が低減される効果がある。
【００４８】
請求項９の発明によれば、タイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けるようにしたので、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による機関の始動装置を示す概略構成図である。
【図２】 この発明による第１の電磁石装置の具体的構成例を示す断面図である。
【図３】 この発明による第２の電磁石装置の具体的構成例を示す断面図である。
【図４】 この発明による電流制御手段の一例を示す回路ブロック図である。
【図５】 図１の機関の始動装置において始動スイッチをＯＮした状態を示す概略構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態１の機関の始動装置の動作を示す信号図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による機関の始動装置を示す概略構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態３による電磁石装置の配置を示した図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による電磁石装置の配置を示した図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による電磁石装置の配置を示した図である。
【図１１】 従来の機関の始動装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ バッテリー、２ 始動スイッチ、９ 主接点、１０ 始動電動機、１４ ピニオン、１５ ストッパ、１６ 回転軸、１７ レバー、１８ リングギア、２０ タイマ手段、３０，１００Ａ，２００Ａ 電流制御手段、１００ 第１の電磁石装置、１１０ 第１コイル、１２０ 第１固定鉄心、１３４ 第１可動鉄心、１３５ フック、２００ 第２の電磁石装置２００、２１０ 第２コイル２１０、２２０ 第２固定鉄心、２３０ 第２可動鉄心、２４４ 可動接点軸、３００ ロッド。
【発明の属する技術分野】
この発明は、機関の始動装置、特にピニオンとリングギアとの良好な結合を達成し結合時の衝撃及び衝撃音を低減する始動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の内燃機関の始動装置を示す概略構成図である。
図において、始動スイッチ２の一端側、及び常開の主接点９のバッテリー端子としての固定接点９Ａが、バッテリー１の正側端子に接続されており、始動スイッチ２の他端側が吸引コイル３ａと保持コイル３ｂの接続点Ａに接続されている。主接点９のモータ端子としての固定接点９Ｂは、吸引コイル３ａの他端に接続されるとともに、始動電動機の電機子１１のブラシ１１ａに接続されている。可動鉄心４は、固定鉄心７側に吸引されることにより、ロッド８並びにロッド８に固定された可動鉄心９Ｃを駆動し、主接点９を閉成する。なお、保持コイル３ｂの他端及び電機子１１のブラシ１１ｂは接地されている。
【０００３】
始動電動機の電機子１１の回転軸１６には、一方向性のクラッチ１３及びピニオン１４が軸方向移動可能に配設されている。一方、上記可動鉄心４の他端には、スプリング５を介してフック６が設けられており、レバー１７の一端が係合されている。このレバー１７の他端は上記クラッチ１３に係合されており、支点１７ａを中心として回動自在に設置されている。上記ピニオン１４はエンジン（図示せず）のリングギヤ１８に噛み合うように構成されている。なお、１５はピニオン１４のストッパである。
【０００４】
次に、上記従来の始動装置の動作について説明する。まず、始動スイッチ２をオンすると、吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂがバッテリー１に接続され、吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂに電流が流れる。これにより、可動鉄心４は、図示しないリターンスプリングを撓ませながら図中左方向に吸引移動される。この可動鉄心４の移動にともない、レバー１７が支点１７ａを中心に図中反時計方向に回動し、クラッチ１３を図中右方向に押し出す。そして、ピニオン１４の端面がリングギヤ１８の端面に当接した時点で、ピニオン１４の移動が止められる。この時、可動鉄心４は、吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂにより吸引されているので、可動鉄心４内のスプリング５を撓ませながら移動する。
【０００５】
そして、可動接点９Ｃが固定接点９Ａ、９Ｂに当接し、可動鉄心４の移動が止まる。主接点９が閉成された時点で、吸引コイル３ａの両端の電位差がほぼゼロとなり、吸引コイル３ａには電流が流れなくなり、保持コイル３ｂの吸引力のみで可動鉄心４の吸引を保持する。一方、主接点９が閉成されることで、電機子１１が通電付勢されて回転し始め、ピニオン１４とリングギヤ１８との歯がずれ、ピニオン１４がスプリング５の付勢力とスプライン（図示せず）により図中右方向に押し出され、リングギヤ１８に噛み合う。そして、電機子１１の回転力がピニオン１４を介してリングギヤ１８に伝達され、機関を始動させる。
【０００６】
機関始動後、始動スイッチ２をオフとすると、バッテリー１から可動接点９Ｃを介して吸引コイル３ａおよび保持コイル３ｂに電流が流れる。この時、保持コイル３ｂには吸引時と同方向の電流が流れ、吸引コイル３ａには吸引時と逆方向の電流が流れるため、保持コイル３ｂと吸引コイル３ａとには逆方向の吸引力が発生する。そして、電流が両コイルに直列に流れるため、両コイルに流れる電流値は同一である。従って、それぞれのコイルの巻き数を同等にしておくと、反対方向の吸引力が発生しても、それぞれの吸引力は同一アンペアターンとなり、互いの力を打ち消し合いゼロとなるため、可動鉄心４は図示しないリターンスプリングの付勢力により戻ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の始動装置においては、ピニオン１４とリングギヤ１８が完全に噛み合う前に電機子１１に通電されてピニオン１４が高速で回転を始めるので、ピニオン１４の歯面とリングギヤ１８の歯面との衝突時の衝撃が大きくなり、大きな衝撃音を発する問題がある。
【０００８】
また、ピニオン１４がストッパ１５に当接する前にピニオン１４の歯面がリングギヤ１８の歯面に衝突し、モータには大電流が流れるため大きなトルクが発生し、回転軸１６からピニオン１４を介してリングギヤ１８へ伝達される。このトルクの反力が回転軸１６に設置されたヘリカルスプライン部（図示せず）によりピニオン１４をリングギヤ１８の方向へ推し進める力となり、最終的にピニオン１４は加速されてストッパ１５と衝突する。その結果、大きな衝撃音を発する問題がある。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、ピニオンとリングギアとの良好な結合を達成し、結合時の衝撃及び衝撃音を大幅に低減する機関の始動装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンのリングギアに噛み合うピニオンを回転駆動する始動電動機と、
始動スイッチがＯＮされるとバッテリーから電力が供給される第１コイル、第１コイルの励磁により第１固定鉄心側に吸引されレバーを介してピニオンをリングギヤ方向へ移動させる第１可動鉄心を備えた第１の電磁石装置と、
ピニオンとリングギヤの端面同士が当接した時に撓んでピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢する弾性手段と、
始動スイッチがＯＮされてからピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うまでの時間ｔ１を計時するタイマ手段と、
上記時間ｔ１経過後にバッテリー電流が供給される第２コイル、この第２コイルの励磁により第２固定鉄心側に吸引される第２可動鉄心、第２可動鉄心の移動に連動して接離しバッテリーから始動電動機に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦする主接点を備えた第２の電磁石装置と、
第１コイルへの通電の開始から主接点が閉じるまでの間、始動電動機を低速で回転させるように始動電動機への電流を制御する電流制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電流制御手段による電流制御は、始動電動機に発生するトルクＴがＴ＞μＮｒとなるようにしたことを特徴とする。ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数、Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力、ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、タイマ手段による遅延時間ｔ１を０．０２秒＜ｔ１＜０．２秒としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の発明において、第１の電磁石装置の第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接した後に、バッテリーから第１コイルへの電流の供給を制限する第１の電流制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４の発明において、第２の電磁石装置の第２可動鉄心が第２固定鉄心に当接した後に、バッテリーから第２コイルへの電流の供給を制限する第２の電流制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５の発明の電流制御手段において、パルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６の発明において第１の電磁石装置と第２の電磁石装置を同軸上に配置したことを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、第１の電磁石装置の第１コイルが通電されて第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、このロッドが第２可動鉄心を主接点が閉じない距離を残して接点方向へ移動させるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１から請求項８の発明のタイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
（実施の形態１の構成）
図１はこの発明の実施の形態１による機関の始動装置を示す概略構成図である。 図において、バッテリー１の正側端子は始動スイッチ２の一端側に接続され、始動スイッチ２の他端側は第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０に接続されている。
第１の電磁石装置１００は、始動スイッチ２がＯＮすることによりバッテリー１から電力が供給される第１コイル１１０と、第１コイル１１０が励磁されることにより第１固定鉄心１２０側に吸引される第１可動鉄心１３４を備えている。そして、第１可動鉄心１３４には、スプリング１３７を介してフック１３５が設けられており、このフック１３５にレバー１７の一端が係合している。この第１可動鉄心１３４は、第１コイル１１０の励磁により固定鉄心１２０側に吸引されると、上記レバー１７を介して後述するピニオン１４をリングギヤ１８方向に移動させる役割を果す。また、弾性手段としてのスプリング１３７は、ピニオン１３とリングギヤ１８の端面同士が当接した時に撓んで、ピニオン１３をリングギヤ１８方向へ押圧付勢する。
【００２０】
始動電動機１０の電機子１１の回転軸１６には、一方向性のクラッチ１３及びピニオン１４が軸方向移動可能に配設されている。そして、上記レバー１７の他端はクラッチ１３に係合されており、上記レバー１７は支点１７ａを中心として回動自在に設置される。ピニオン１４は図示右方向に移動することによりエンジン（図示せず）のリングギヤ１８に噛み合うように構成され、ストッパ１５はピニオン１４の軸方向の移動を規制する。
【００２１】
タイマ手段２０は、始動スイッチ２がＯＮされてからピニオン１４がリングギヤ１８に十分に深く噛み合うまでの時間ｔ１を計時し、時間ｔ１経過後に第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０にバッテリー１からの電流を供給する。
通常、始動スイッチ２がＯＮになってからピニオン１４が十分に深くリングギヤに噛み合うのに要する時間は０．０２〜０．０５秒程度であるので、タイマ手段２０による遅延時間ｔ１を０．０２〜０．２秒の間で設定するのが好ましい。これ以上時間が短ければピニオン１４が十分に深くリングギヤ１８に噛み合う前に主接点９が閉じられることになり、これ以上長ければその分始動時間が長くなり、また始動スイッチ２をＯＮにしてからエンジンが回りは始めるまでの遅延時間が運転者に違和感として感じ取られるためである。
【００２２】
第２の電磁石装置２００は、タイマ手段２０を介してバッテリー１から電力が供給される第２コイル２１０と、第２コイル２１０が励磁されることにより第２固定鉄心２２０側に吸引される第２可動鉄心２３０と、第２可動鉄心２３０の吸引と連動して主接点９の可動接点９Ｃを固定接点９Ａ，９Ｂ側に接続させる可動接点軸２４４を備えている。また、主接点９の固定接点９Ａはバッテリー１の端子に接続され、固定接点９Ｂは始動電動機１０の電機子１１のブラシ１１ａに接続されており、主接点９が閉成されると始動電動機１０にバッテリー１の電力が供給される。
【００２３】
電流制御手段３０は、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０への電力供給の開始から主接点９が閉成するまでの間、始動電動機１０の電機子１１が低速で回転するように始動電動機１０へのバッテリー電力供給を制限するための回路であり、主接点９と並列的に接続されている。
また、電流制御手段３０を介して供給される電力により始動電動機の電機子１１の回転を制御する場合、電機子１１に発生するトルクＴがＴ＞μ・Ｎ・ｒとなるように制御する。ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数、Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力、ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径とする。
【００２４】
図２は第１の電磁石装置１００の具体的構成例を示す断面図である。
図において、第１可動鉄心集合体１３３は、底付円筒状の第１可動鉄心１３４と、第１可動鉄心１３４内に挿入されたフック１３５と、第１可動鉄心１３４の開口部インロー部１３４ａにかしめ固着されたワッシャ部材１３６と、フック１３５の底部に配設された鍔部１３５ａと上記ワッシャ部材１３６との間に懸架されたスプリング１３７から構成される。
フック１３５は、その前端部にシフトレバー１７のカム１７ｂが係合する溝１３５ｂを有し、第１可動鉄心集合体１３３の図示左動によって、シフトレバー１７を後述の如く弾性的に回動付勢する。１３５ｃはフック１３５の軸部、１３５ｄはフック１３５の係合溝１３５ｂを形成する係止部である。
筒状の磁性体ケース１３８は、第１可動鉄心集合体１３３をその前端部内周面に遊嵌支承し、このケース１３８のインロー部１３８ａにキャップ１４０と共に第１固定鉄心１２０をかしめ固着している。
第１コイル１１０はケース１３８の内周面に巻回される励磁コイルであり、始動スイッチ２を介してバッテリー１によって通電付勢され、上記可動鉄心１３４を図示左方に吸引付勢する役割を果す。
スプリング１５０は、上記固定鉄心１２０の突起部外周面段部１２０ａに収納され第１可動鉄心集合体１３３を図示右方へ付勢する。
【００２５】
図３は第２の電磁石装置２００の具体的構成例を示す断面図である。
図において、筒状の磁性体ケース２３５は、第２可動鉄心２３０をその前端部内周面に遊嵌支承し、この前端部内周面開口部にキャップ２３６をかしめ固着すると共に、後端部２３０ａにキャップ集合体２４０と第２固定鉄心２２０とをかしめ固着している。
第２コイル２１０はケース２３５の内周面に巻回される励磁コイルであり、タイマ手段２０を介してバッテリー電源によって通電付勢され、上記可動鉄心２３０を図示左方に吸引付勢する役割を果す。
スプリング２３７は、上記固定鉄心２２０の突起部外周面段部２２０ａに収納され第２可動鉄心２３０を図示右方へ付勢する。
可動接点集合体２４３は、第２固定鉄心２２０の中央部の穴２２０ｂに遊嵌支承されるもので、鍔部２４４ａを有する可動接点軸２４４と、この可動接点軸２４４に遊嵌される可動接点９Ｃを備えている。可動接点９Ｃは、一端が上記鍔部２４４ａに懸架されたスプリングポイント２４６によって、可動接点軸２４４に嵌着された止め輪４７に当接する如く弾性的に押圧付勢される。
２４８は上記可動接点集合体２４３を図示右方に付勢するスプリングリターン、２４９は上記キャップ集合体２４０を構成する樹脂モールドキャップであり、固定接点９Ａ，９Ｂを装着している。
【００２６】
図４は電流制御手段３０の一例を示す回路ブロック図である。
図４の電流制御手段３０は、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０への電力供給の開始（すなわち、始動スイッチ２のＯＮ）を検知すると共に、主接点９の閉成を検知するＯＮ／ＯＦＦ検知部３０Ａと、第１コイル１１０への電力供給の開始から主接点９の閉成までの間、所定周期、所定幅のパルス信号を発生するパルス発生部３０Ｂと、パルス発生部３０Ｂより発生したパルス信号のＯＮ時にバッテリー１からの電流を始動電動機１０へ供給することにより電流量を制御する電流制御部３０Ｃを備えている。
【００２７】
（実施の形態１の動作）
次に、実施の形態１の機関の始動装置の動作を、図５及び図６に基づいて説明する。図５は図１の機関の始動装置において始動スイッチをＯＮした状態を示す図であり、図６は始動スイッチをＯＮした時の動作を示す信号図である。なお、図６において、Ｘ１はピニオン１４とリングギア１８の静止状態での対向ギャップ、Ｘ２はピニオン１４とリングギア１８の噛合代、ｔ１はタイマ手段２０による計時時間、ｔ２は第２可動接点２２０の移動時間である。
【００２８】
図に示すように、始動スイッチ２がオンされると、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０がバッテリー１に接続され、第１コイル１１０に電流が流れる。そして、第１コイル１１０の励磁により、第１可動鉄心１３４は図示しないリターンスプリングを撓ませながら図中左方向に吸引移動される。この第１可動鉄心１３４の移動にともない、レバー１７が支点１７ａを中心に図中反時計方向に回動し、クラッチ１３を図中右方向に押し出す。そして、ピニオン１４の端面がリングギヤ１８の端面に当接すると、第１可動鉄心１３４はそのまま第１コイル１１０の吸引力により移動を続け弾性手段であるスプリング１３７を撓ませる。従って、ピニオン１４はスプリング１３７の弾性力により、リングギヤ１８方向へ押圧付勢される。
【００２９】
タイマ手段２０は、始動スイッチ２がＯＮされてからピニオン１４がリングギヤ１８に十分に深く噛み合うまでの間（ｔ１時間）を計時し、その間、第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０に電流を供給しないようにする。従って、その間（ｔ１時間）、主接点９は開いているので、バッテリー１から始動電動機１０には電力が供給されない。
一方、電流制御手段３０は、始動スイッチ２がＯＮされてから主接点９が閉成するまでの間、始動電動機１０の電機子１１が低速で回転するように始動電動機１０へのバッテリー１の電力を供給する。すなわち、図４の電流制御手段３０において、ＯＮ／ＯＦＦ検知部３０Ａが始動スイッチ２のＯＮを検知し、パルス発生部３０Ｂが所定幅及び所定周期のパルス信号を発生し、電流制御部３０Ｃがパルス信号のＯＮ時にバッテリー１からの電流を始動電動機１０へ供給する。
この時、始動電動機１０の電機子１１に発生するトルクＴが、Ｔ＞μＮｒとなるように制御する。ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数、Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力、ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径である。
以上の様に電流制御することにより、ピニオン１４はリングギヤ１８の端面を滑りながら回転し、噛み合い可能位置までくれば、スプリング１３４の押圧力により、ストッパ１５に当接するまで十分に深く噛み合う方向へ移動する。
【００３０】
そして、ピニオン１４が十分に深くリングギヤ１８に噛み合うのに必要な所定時間ｔ１が経過すれば、タイマ手段２０は第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０に電流を供給する。第２コイル２１０が通電されて励磁されると、第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０側に吸引される。そして、第２可動接点２３０が可動接点軸２４４を押すことにより可動接点９Ｃと固定接点９Ａ及び９Ｂが閉じ、電流制限回路３０は短絡されて始動電動機１０の電機子１１にバッテリー１からの電流が供給される。その結果、始動電動機１０がピニオン１３及びリングギア１４を介して図示しないエンジンを始動する。
【００３１】
（実施の形態１の効果）
以上のように、実施の形態１によれば、下記に示す効果を達成する。
（１）ピニオン１４は低速で回転しながらリングギヤ１８と噛み合い、十分に深く噛みあってからバッテリー１からの大電流が供給されてエンジンを始動開始するので、ピニオン１４とリングギヤ１８の歯面同士の衝突による衝撃音を大幅に低減できる。
（２）ピニオン１４がリングギヤ１８と十分に深く噛み合い、ストッパ１５と当接してからバッテリー１からの大電流が供給されるので、ピニオン１４とストッパ１５との衝突による衝撃音が大幅に低減できる。
（３）通常、始動スイッチがＯＮになってからピニオンが十分に深くリングギヤに噛み合うのに要する時間は０．０２〜０．０５秒程度であるので、タイマ手段による遅延時間を０．０２〜０．２秒の間で設定することにより、上記（１）、（２）の効果が得られる。なお、これ以上設定時間が短ければピニオンが十分に深くリングギヤに噛み合う前に接点が閉じられることになり、従来技術と同様の問題が生じる。一方、これ以上長ければ単純にその分始動時間が長くなり、また、始動スイッチ２をＯＮにしてからエンジンが回りは始めるまでの遅延時間が運転者に違和感として感じ取られる。
（４）ピニオン１４の端面がリングギヤ１８の端面と衝突する際、スプリング１３７によりピニオン１４をリングギヤ１８方向へ押圧付勢するので、このスプリング１３７により衝突音が吸収され低減される。
（５）上記（１）〜（４）より、ピニオン１４、リングギヤ１８、ストッパ１５の各部の磨耗と損傷が低減される。
（６）ピニオン１４をスプリング１３７で押圧付勢することにより、ピニオン１４とリングギヤ１８の摩擦力はスプリング１３７の作動力によって決まり、少ない電流でもピニオン１４を滑らせリングギヤ１８に噛み込ませることができるので、電流制御手段３０の容量を小さく済ませることができる。
（７）また、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０の吸引力が小さくていいので、第１コイル１１０の小型軽量化が図れる。
【００３２】
上記実施の形態１に対して、特許第２９８８２６４号公報ではキースイッチの投入により抵抗素子を介してスタータモータに通電して、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合うまではスタータモータを低速で回転させるとともに、噛み合い後に接点機構が抵抗素子を短絡してスタータモータを高速回転させる始動装置が開示されている。
また、特開平９−１１９３６５号公報では、バッテリーからスタータモータへ供給される電流を制限する電流制限手段と、電流制限手段を介してスタータモータへ電流を供給する第１スイッチと、ピニオンがリングギヤに実質的に噛み合ったとき電流制限手段をバイパスさせてスタータモータへの通電を行なう第２スイッチと、電流制限時間に通電される時間が所定時間に達すると電流制限手段への通電を停止する時間制限手段を備えた始動装置が開示されている。
しかしながら、特許第２９８８２６４号公報、又は特開平９−１１９３６５号公報に開示されている始動装置では、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接したときにピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢するスプリングが構成されておらず、ピニオンをリングギヤへ押し付ける力はコイルの吸引力で決まる。この吸引力はコイルに流れる電流値に比例し、バッテリーの状態、配線抵抗などにより大きく影響されることになる。また、可動鉄心と固定鉄心との距離にも影響される。したがって、確実にピニオンをリングギヤへ押し付け、跳ね返されないようにするためには、比較的余裕を持ってコイルの吸引力を高く設定する必要がある。更に、低速でモータを回転させピニオンをリングギヤへ噛み合わせようとした際に、ピニオンとリングギヤの摩擦力以上の回転力を発生させなければならず、そのためにはモータへそれ相応の電流を流す必要がある。その結果、抵抗素子又は電流制限手段の容量を大きくする必要がある。また、摩擦力に打ち勝って回転を始めたピニオンがリングギヤの歯面あるいはストッパに衝突するときに発する衝撃音が大きくなってしまう。
また、上記の様にスプリングを構成していない装置では、ピニオンの端面がリングギヤの端面に衝突したときの衝撃を吸収するものがなく、その結果、衝撃音が大きくなってしまう。
【００３３】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による機関の始動装置を示す概略構成図である。 図において、第１の電流制御手段１００Ａは、始動スイッチ２と第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０の間に配設され、タイマ手段２０によりピニオン１４がリングギヤ１８に十分に深く噛み合うまでの時間（ｔ１時間）を計時した後、つまり第１の電磁石装置１００の第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接した後に、バッテリー１から第１コイル１１０への電流を制限する役割を果す。この第１の電流制御手段１００Ａによる電流制限値は、第１の電磁石装置１００の第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接し続けることが可能な最低電流値とする。
【００３４】
また、第２の電流制御手段２００Ａは、タイマ手段２０と第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０の間に配設され、主接点９の可動接点９Ｃと固定接点９Ａ及び９Ｂが閉じたことを検知した後、つまり第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０に当接した後、バッテリー１から第２コイル２１０への電流を制限する手段である。この第２の電流制御手段２００Ａによる電流制限値は、第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０に当接し続けることが可能な最低電流値とする。その他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
以上のように、実施の形態２によれば、第１の電流制御手段１００Ａにより、第１の電磁石装置１００の第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接した後にバッテリー１から第１コイル１１０への電流を制限するようにしたので、第１コイル１１０の発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。また、第２の電流制御手段２００Ａにより、第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０が第２固定鉄心２２０に当接した後にバッテリー１から第２コイル２１０への電流を制限するようにしたので、第２コイル２１０の発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。
その結果、始動装置の消費電力が低減され、始動装置の効率の向上を図ることができる。
【００３６】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による第１及び第２の電磁石装置の配置を示した図である。
実施の形態３では、第１の電磁石装置１００及び第２の電磁石装置２００を同軸上に配置する。すなわち、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０、第１可動鉄心１３４、第１固定鉄心１２０、並びに第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０、第２可動鉄心２３０、第２固定鉄心２２０、可動接点軸２４４を同軸上に配置する。
【００３７】
実施の形態３によれば、第１の電磁石装置１００及び第２の電磁石装置２００を同軸上に配置したので、始動装置全体の構成のレイアウトが向上し、始動装置がコンパクトになる。
【００３８】
実施の形態４．
図９及び図１０はこの発明の実施の形態４による第１及び第２の電磁石装置の配置を示した図である。
実施の形態４では、実施の形態３と同様に、第１の電磁石装置１００及び第２の電磁石装置２００を同軸上に配置し、第１の電磁石装置１００と第２の電磁石装置２００の間に非磁性体のロッド３００を設ける。このロッド３００は、第１コイル１１０の励磁により第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に吸引される時に第１可動鉄心１３４により押圧されると共に、第２の電磁石装置２００の第２可動鉄心２３０を距離Ｌ１だけ移動させる。その結果、第２の電磁石装置２００では、第２コイル２１０の励磁により、第２可動鉄心１３４及び可動鉄心軸２４４を、距離（Ｌ−Ｌ１）だけ移動させることにより、主接点９が閉成する。
【００３９】
実施の形態４によれば、第１の電磁石装置１００の第１コイル１１０に通電され、第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接する前にロッド３００に当接し、このロッド３００が第２可動鉄心２３０を主接点９が閉じない距離（Ｌ−Ｌ１）を残して主接点方向へ移動させるようにしたので、第２の電磁石装置２００の第２コイル２１０の吸引力が小さくても主接点９を閉成することができ、第２電磁石装置２００を小型軽量化することができる。
また、第１可動鉄心１３４が第１固定鉄心１２０に当接する前にロッド３００に当接し、そこで第１可動鉄心１３４の速度が減速されるので、第１固定鉄心１２０に衝突するときの衝撃音が低減される。
【００４０】
その他の実施の形態．
上記実施の形態においては、電流制御手段としてパルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するように構成したが、電流制御装置としてコイル等の抵抗体で構成する様にしても良い。
また、タイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けるようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２の発明によれば、始動スイッチがＯＮされると、まず、第１の電磁石装置の第１コイルが通電され、第１コイルの励磁により第１可動鉄心が吸引されレバーを介してピニオンをリングギヤ方向へ移動させる。ピニオンとリングギヤの端面同士が当接した時に、弾性手段が撓んでピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢する。そして、電流制御手段によりピニオンは低速で回転しながらリングギヤと噛み合う。その後、タイマ手段の計時によりピニオンがリングギアと十分に深く噛みあってからバッテリーからの電流が第２の電磁石装置に供給されてエンジンを始動開始する。そのため、ピニオンとリングギヤの歯面同士の衝突による衝撃音を大幅に低減できる効果がある。
また、ピニオンがリングギヤと十分に深く噛み合いストッパと当接してから、バッテリーの電流が第２の電磁石装置に供給されるので、ピニオンとストッパとの衝突による衝撃音が大幅に低減できる効果がある。
更に、ピニオンの端面がリングギヤ端面と衝突する際、弾性手段によりピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢するので、この弾性手段により衝突音が吸収され低減される。
以上より、ピニオン、リングギヤ、ストッパ各部の磨耗及び損傷が低減される効果がある。
更に、ピニオンを弾性手段で押圧付勢することにより、ピニオンとリングギヤの摩擦力は弾性手段の作動力によって決まり、第１の電磁石手段の第１コイルへ供給する電流が少なくても、ピニオンを滑らせリングギヤに噛み込ませることができるので、電流制御手段の容量が小さくて済む。
また、第１コイルの吸引力が小さくていいので、コイルの小型軽量化が図れる。
【００４２】
請求項３の発明によれば、タイマ手段による遅延時間ｔ１を０．０２秒＜ｔ１＜０．２秒とすることにより、始動スイッチがＯＮになってからピニオンがリングギアに十分に深く噛み合うことができる。
【００４３】
請求項４の発明によれば、第１の電流制御手段を設けて、第１の電磁石装置の第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接した後にバッテリーから第１コイルへの電流を制限するようにしたので、第１コイルの発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。その結果、始動装置の消費電力が低減され、始動装置の効率の向上を図ることができる。
【００４４】
請求項５の発明によれば、第２の電流制御手段を設けて、第２の電磁石装置の第２可動鉄心が第２固定鉄心に当接した後にバッテリーから第２コイルへの電流を制限するようにしたので、第２コイルの発熱を低減することができ、耐熱性を向上することができる。その結果、始動装置の消費電力が低減され、始動装置の効率の向上を図ることができる。
【００４５】
請求項６の発明によれば、電流制御手段においてパルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するようにしたので、簡単な構成で電流制御を行えると共に、コイル等の抵抗体で構成することに比べ小型軽量化が図れる。
【００４６】
請求項７の発明によれば、第１の電磁石装置と第２の電磁石装置を同軸上に配置したので、始動装置全体の構成のレイアウトが向上し、始動装置がコンパクトになる効果がある。
【００４７】
請求項８の発明によれば、第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、このロッドが第２可動鉄心を主接点が閉じない距離を残して主接点方向へ移動させるようにしたので、第２の電磁石装置の第２コイルの吸引力が小さくても主接点を閉成することができ、第２電磁石装置を小型軽量化することができる。
また、第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、そこで第１可動鉄心の速度が減速されるので、第１固定鉄心に衝突するときの衝撃音が低減される効果がある。
【００４８】
請求項９の発明によれば、タイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けるようにしたので、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による機関の始動装置を示す概略構成図である。
【図２】 この発明による第１の電磁石装置の具体的構成例を示す断面図である。
【図３】 この発明による第２の電磁石装置の具体的構成例を示す断面図である。
【図４】 この発明による電流制御手段の一例を示す回路ブロック図である。
【図５】 図１の機関の始動装置において始動スイッチをＯＮした状態を示す概略構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態１の機関の始動装置の動作を示す信号図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による機関の始動装置を示す概略構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態３による電磁石装置の配置を示した図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による電磁石装置の配置を示した図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による電磁石装置の配置を示した図である。
【図１１】 従来の機関の始動装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ バッテリー、２ 始動スイッチ、９ 主接点、１０ 始動電動機、１４ ピニオン、１５ ストッパ、１６ 回転軸、１７ レバー、１８ リングギア、２０ タイマ手段、３０，１００Ａ，２００Ａ 電流制御手段、１００ 第１の電磁石装置、１１０ 第１コイル、１２０ 第１固定鉄心、１３４ 第１可動鉄心、１３５ フック、２００ 第２の電磁石装置２００、２１０ 第２コイル２１０、２２０ 第２固定鉄心、２３０ 第２可動鉄心、２４４ 可動接点軸、３００ ロッド。
Claims (9)
- エンジンのリングギアに噛み合うピニオンを回転駆動する始動電動機と、
始動スイッチがＯＮされるとバッテリーから電力が供給される第１コイル、第１コイルの励磁により第１固定鉄心側に吸引されレバーを介してピニオンをリングギヤ方向へ移動させる第１可動鉄心を備えた第１の電磁石装置と、
ピニオンとリングギヤの端面同士が当接した時に撓んでピニオンをリングギヤ方向へ押圧付勢する弾性手段と、
始動スイッチがＯＮされてからピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うまでの時間ｔ１を計時するタイマ手段と、
上記時間ｔ１経過後にバッテリー電流が供給される第２コイル、この第２コイルの励磁により第２固定鉄心側に吸引される第２可動鉄心、第２可動鉄心の移動に連動して接離しバッテリーから始動電動機に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦする主接点を備えた第２の電磁石装置と、
第１コイルへの通電の開始から主接点が閉じるまでの間、始動電動機を低速で回転させるように始動電動機への電流を制御する電流制御手段を備えたことを特徴とする機関の始動装置。 - 上記電流制御手段による電流制御は、供給される電流により始動電動機に発生するトルクＴがＴ＞μＮｒとなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の機関の始動装置。
ただし、μ：ピニオン端面とリングギヤ端面の摩擦係数
Ｎ：ピニオンがリングギヤを押圧する力
ｒ：ピニオン端面のリングギヤとの接触部の平均半径。 - 上記タイマ手段による遅延時間ｔ１を０．０２秒＜ｔ１＜０．２秒としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の機関の始動装置。
- 第１の電磁石装置の第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接した後に、バッテリーから第１コイルへの電流の供給を制限する第１の電流制御手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の機関の始動装置。
- 第２の電磁石装置の第２可動鉄心が第２固定鉄心に当接した後に、バッテリーから第２コイルへの電流の供給を制限する第２の電流制御手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の機関の始動装置。
- 上記電流制御手段は、パルス信号のＯＮ／ＯＦＦ幅により電流の供給を制御するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の機関の始動装置。
- 第１の電磁石装置と第２の電磁石装置を同軸上に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の機関の始動装置。
- 第１の電磁石装置の第１コイルが通電されて第１可動鉄心が第１固定鉄心に当接する前にロッドに当接し、このロッドが第２可動鉄心を主接点が閉じない距離を残して接点方向へ移動させるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の機関の始動装置。
- 上記タイマ手段の代りに、ピニオンがリングギヤに十分に深く噛み合うことを検知するセンサを設けたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の機関の始動装置。
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