JP3796788B2 - スタータ用マグネットスイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、始動モータへの通電を行うとともに、ピニオンをリングギヤ側へ押し出すためのスタータ用マグネットスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、始動モータの回転を２段階に制御することでピニオンとリングギヤとの噛み合いを無理なく確実に行わせることのできるスタータ（特開平７−１０９９６７号公報参照）が提案されている。このスタータは、電動機の軸線と略平行に並設された２個のマグネットスイッチを有し、各マグネットスイッチのプランジャが移動して閉じる２つのスイッチの閉タイミングが異なる様に構成されている。具体的には、連結された各プランジャが吸引されると、ピニオンがリングギヤ側へ押し出されてリングギヤの端面に当接するとともに、第１のスイッチが先に閉じる。これにより、電気抵抗器を通じて降圧されたバッテリ電圧が始動モータに印加されて始動モータが低速回転することにより、ピニオンがゆっくりと回転してリングギヤと噛み合うことができる。その後、ピニオンを押し出しながら更に各プランジャが移動して第２のスイッチが閉じると、抵抗器を短絡してバッテリの定格電圧が始動モータに印加されることにより、始動モータが定格回転してピニオンと噛み合ったリングギヤを高速回転させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のスタータは、第１のスイッチを形成する接点板と固定接点との対向距離より、第２のスイッチを形成する接点板と固定接点との対向距離を大きく設定することで第１のスイッチと第２のスイッチが閉じるタイミングを変えている。しかしながら、プランジャは動き出してから一般に加速され続けるために、通常、第１のスイッチが閉じた後、第２のスイッチが閉じるまでの時間が数ｍｓと短く、スイッチ内部の温度のばらつき、およびプランジャとスリーブとの摺動面に配設されるグリースの潤滑状態のばらつき等によって、第１のスイッチが閉じてから第２のスイッチが閉じるまでの時間差にばらつきが生じる可能性がある。特に、第１のスイッチが閉じてから第２のスイッチが閉じるまでの時間差が小さいと、ピニオンがリングギヤに当接する前に第２のスイッチが閉じて始動モータが回転することにより、ピニオンがリングギヤの端面を磨耗させてしまう恐れがあった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、第１の接点が閉じてから第２の接点が閉じるまでの時間差を確保することのできるスタータ用マグネットスイッチを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プランジャの移動により、可動接点が第１の接点に当接し、続いて第２の接点に当接することで始動モータを２段階に通電するスタータ用マグネットスイッチであって、少なくとも可動接点が第１の接点に当接してから第２の接点に当接するまでの間、プランジャの移動を抑制する抵抗手段を備え、この抵抗手段は、プランジャの移動方向に抗してプランジャを付勢するリターンスプリングによって形成され、このリターンスプリングは、粗巻部と密巻部とを有するコイルスプリングから成り、プランジャの移動によって密巻部が粗巻部より先に全圧縮し、且つ密巻部が全圧縮するまでの撓み代が、可動接点と第１の接点とのギャップと略同一に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも可動接点が第１の接点に当接してから第２の接点に当接するまでの間、プランジャの移動を抑制する抵抗手段、即ちリターンスプリングにより時間差を確保することができる。従って、抵抗手段を用いない場合（つまりプランジャの移動速度が減速されない場合）と比較して、可動接点が第１の接点に当接してから第２の接点に当接するまでの時間差を大きく取ることができる。これにより、確実にピニオンをリングギヤに噛み合わせてから可動接点を第２の接点に当接させて第２の通電回路を閉成するという順序で作動させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のスタータの実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はマグネットスイッチの断面図である。
本実施例のスタータ１は、図２に示すように、回転力を発生する始動モータ２、この始動モータ２の回転軸３に軸受４を介して嵌合するピニオン５、始動モータ２の回転力をピニオン５へ伝達する一方向クラッチ６、ピニオン５をエンジンのリングギヤ７側へ押し出す力を発生するとともに、始動モータ２への通電を行うマグネットスイッチ８等より構成されている。
【０００６】
始動モータ２は、回転軸３と一体に回転するアーマチャ９、このアーマチャ９の外周に配されたフィールドコイル１０、回転軸３の端部に設けられたコンミテータ１１に摺接するブラシ１２等より構成されて、このブラシ１２を通じてアーマチャ９のコイル１３とフィールドコイル１０とが直列に接続されている。
ピニオン５は、一方向クラッチ６と一体に回転軸３上を前方へ押し出されてリングギヤ７の端面に当接した後、一方向クラッチ６を介して始動モータ２の回転力が伝達されることによりリングギヤ７と噛み合うことができる。
【０００７】
一方向クラッチ６は、回転軸３の外周にヘリカルスプライン１４を介して嵌合するスプラインチューブ１５、このスプラインチューブ１５と一体に設けられたアウタ１６、ピニオン５と一体に設けられたインナ１７、およびアウタ１６とインナ１７との間に配されたローラ１８等から構成されている。この一方向クラッチ６は、始動モータ２の起動時にローラ１８を介してアウタ１６とインナ１７とが連結されて一体に回転することでアーマチャ９の回転力をピニオン５へ伝達することができる。また、リングギヤ７と噛み合ったピニオン５がエンジンの回転力を受けてアーマチャ９より高速で回転すると、ローラ１８がアウタ１６とインナ１７との間を切り離すことでアーマチャ９のオーバランを防止することができる。
【０００８】
マグネットスイッチ８は、図１に示すように、始動スイッチ（図示しない）がＯＮ操作されて通電されるコイル１９、２０、このコイル１９、２０の磁路を形成するヨーク２１とコア２２、各コイル１９、２０の発生する合成磁力により吸引されるプランジャ２３、バッテリ２４から始動モータ２へ電流を流すための通電回路に設けられた接点装置（下述する）等より構成されている。
コイル１９、２０は、プランジャ２３を吸引するために必要な磁力を発生する吸引コイル１９と、吸引したプランジャ２３を保持するために必要な磁力を発生する保持コイル２０とから成り、ボビン２５の外周に二層状態で巻装されている。
【０００９】
プランジャ２３は、ボビン２５の内周面に挿入されたスリーブ２６の内周を移動自在に配されて、プランジャロッド２３ａとモールドカバー２７との間に配されたリターンスプリング２８（後述する）の弾力を受けて一方側（図１の左側）へ付勢されている。また、プランジャ２３は、ジョイント２９に係合するレバー３０を介して一方向クラッチ６に連結されており、プランジャ２３が吸引されて移動することにより、レバー３０を介して一方向クラッチ６およびピニオン５を前方へ（図２の左側へ）押し出すことができる。レバー３０は、一端側がジョイント２９に係合して、他端側が一方向クラッチ６のスプラインチューブ１５に係合し、ハウジング３１に固定された支点３２を中心として一端側と他端側とが揺動することができる。
【００１０】
ジョイント２９は、鍔部２９ａが形成された一端側がプランジャ２３の凹部に入り込んで、ドライブスプリング３３の弾力によりプランジャ２３の凹部底面に押圧され、レバー３０が係合する他端側がプランジャ２３の端部にかしめ固定されたスプリング受け部材３４の内周を通ってブーツ３５の外側へ突出している。従って、一方向クラッチ６とともに前方へ押し出されたピニオン５がリングギヤ７に当接してジョイント２９の移動が規制されても、プランジャ２３はドライブスプリング３３を撓ませながら移動することができる。
ブーツ３５は、ゴム等の可撓性を有する材質で設けられており、プランジャ２３の移動に伴って伸縮自在に変形することができる。
ドライブスプリング３３は、ジョイント２９の外周に配されて、一端がジョイント２９の鍔部２９ａに係止され、他端がスプリング受け部材３４に係止されている。
【００１１】
接点装置は、起動用電気抵抗３６（本発明の電流制限手段）を通してバッテリ２４から始動モータ２へ電流を流すための第１の通電回路に設けられたバッテリ側補助接点３７とモータ側補助接点３８、起動用電気抵抗３６を短絡してバッテリ２４から始動モータ２へ電流を流すための第２の通電回路に設けられたバッテリ側固定接点３９とモータ側固定接点４０、およびプランジャ２３の移動に伴って各補助接点３７、３８間と各固定接点３９、４０間を閉成する可動接点４１を
備える。
【００１２】
バッテリ側補助接点３７とモータ側補助接点３８は、それぞれバネ部材４２、４３を介してモールドカバー２７に支持されて、そのモールドカバー２７に対してバネ部材４２、４３が伸縮することで図１の左右方向に変位可能に設けられている。但し、バッテリ側補助接点３７は、バネ部材４２、起動用電気抵抗３６、および金属プレート４４を通じてバッテリ側固定接点３９と電気的に接続されている。また、モータ側補助接点３８は、バネ部材４３を介してモータ側固定接点４０と電気的に接続されている。なお、バネ部材４３と起動用電気抵抗３６との間には、絶縁板４５が介在されて両者の間を絶縁している。
【００１３】
バッテリ側固定接点３９とモータ側固定接点４０は、それぞれモールドカバー２７に取り付けられたバッテリ側端子ボルト４６とモータ側端子ボルト４７の端部に一体成形されている。モールドカバー２７の外部に突出するバッテリ側端子ボルト４６は、バッテリケーブル４８を通じてバッテリ２４の正極に接続されて、同様にモールドカバー２７の外部に突出するモータ側端子ボルト４７は、始動モータ２のフィールドコイル１０に接続されている。
起動用電気抵抗３６は、リング状に巻回されてモールドカバー２７に保持されて、一端がバネ部材４２に接続されて、他端が金属プレート４４に接続されている。
【００１４】
可動接点４１は、プランジャロッド２３ａの先端部に一組のインシュレータ４９、５０を介して取り付けられて、ロッド２３ａの外周に配されたコンタクトスプリング５１の弾力を受けてロッド２３ａの先端側へ付勢されている。この可動接点４１は、プランジャ２３が吸引されてロッド２３ａと一体に移動する（図１の右側へ移動する）ことにより、各補助接点３７、３８と各固定接点３９、４０に順次当接する。なお、可動接点４１が各固定接点３９、４０より先に各補助接点３７、３８に当接するために、可動接点４１と各固定接点３９、４０とのギャップＧ1 より可動接点４１と各補助接点３７、３８とのギャップＧ2 の方が小さく設定されている。また、プランジャ２３の移動に伴って押し出されたピニオン５がリングギヤ７の端面に当接した直後に可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接することができる様に、前記ギャップＧ2 、レバー３０の支点３２からジョイント２９側とスプラインチューブ１５側との長さ比（レバー比）、およびピニオン５とリングギヤ７との距離Ｌ1 （図２参照）との関係が設定されている。
【００１５】
前述のリターンスプリング２８は、コイル１９、２０への通電が停止してコイル１９、２０の磁力が消滅した時に、それまで吸引されていたプランジャ２３を初期位置へ復帰させるためのコイルスプリングで、本発明の抵抗手段を兼ねる。即ち、このリターンスプリング２８は、図１に示すように、巻ピッチの小さい密巻部２８ａと巻ピッチの大きい粗巻部２８ｂとを有し、所定量撓むと密巻部２８ａが先に全圧縮される。従って、密巻部２８ａが全圧縮するまでと全圧縮してからとでは、リターンスプリング２８のばね定数が変化して（高くなる）、撓み代（圧縮量）に対するスプリング荷重が大きくなる（図３参照）。但し、密巻部２８ａが全圧縮するまでの撓み代は、可動接点４１と各補助接点３７、３８とのギャップＧ2 と略同一に設定されている。
【００１６】
次に、本実施例のスタータ１の作動を説明する。
始動スイッチがＯＮ操作されてバッテリ２４からマグネットスイッチ８の各コイル１９、２０に通電されると、各コイル１９、２０の合成磁力によってプランジャ２３がリターンスプリング２８を押し縮めながらコア２２側へ吸引される。これにより、ジョイント２９に係合するレバー３０を介して一方向クラッチ６とピニオン５が回転軸３上をヘリカルスプライン１４に沿って前方へ押し出されて、ピニオン５がリングギヤ７の端面に当接する。
また、プランジャ２３が吸引されると同時に、プランジャロッド２３ａに取り付けられた可動接点４１が移動して各補助接点３７、３８に当接すると、起動用電気抵抗３６を通じて降圧されたバッテリ電圧が始動モータ２に印加されることにより始動モータ２がゆっくりと回転する。この始動モータ２の回転が一方向クラッチ６を介してピニオン５に伝達されると、それまでリングギヤ７の端面に当接していたピニオン５がゆっくりと回転することでリングギヤ７と噛み合うことができる。
【００１７】
その後、プランジャ２３が更に移動することで、一方向クラッチ６とともにピニオン５が更に前進してリングギヤ７と完全に噛み合うことができる。また、可動接点４１は、各補助接点３７、３８に当接したまま、リターンスプリング２８とバネ部材４２、４３を撓ませながら更に移動して各固定接点３９、４０に当接する。これにより、起動用電気抵抗３６を短絡してバッテリ２４の定格電圧が始動モータ２に印加されるため、始動モータ２が定格回転して、その始動モータ２のトルクがピニオン５に伝達されてリングギヤ７をクランキングさせることができる。
【００１８】
ここで、リターンスプリング２８は、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接した時点で密巻部２８ａが全圧縮されるため、それ以上の撓み代に対してばね定数が高くなって荷重に対する変位量が減少する。従って、プランジャ２３は、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接してから各固定接点３９、４０に当接するまでの移動速度（加速度）が、それまで（可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接するまで）の移動速度（加速度）より減速される（図４参照）ため、通常のリターンスプリング（ばね定数が一定）を使用した場合と比較して、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接してから各固定接点３９、４０に当接するまでの時間差を大きく取ることができる。
【００１９】
エンジン始動後、始動スイッチがＯＦＦ操作されて各コイル１９、２０への通電が停止すると、コイル１９、２０の磁力が消滅するため、それまで吸引されていたプランジャ２３がリターンスプリング２８の弾力によって押し戻されて静止状態（図１に示す状態）に復帰する。このプランジャ２３の移動と同時に、ピニオン５もリングギヤ７から離脱して一方向クラッチ６とともに静止位置（図２に示す位置）へ戻される。
【００２０】
（本実施例の効果）
本実施例のスタータ１は、撓み代に応じてリターンスプリング２８のばね定数が２段階に変化することにより、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接してから各固定接点３９、４０に当接するまでの時間差を従来より大きく取ることができる。この結果、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接した時点でピニオン５がリングギヤ７の端面に当接していなくても、可動接点４１が各固定接点３９、４０に当接するまでにピニオン５が更に前進してリングギヤ７の端面に当接してリングギヤ７と噛み合うことができる。即ち、ピニオン５がリングギヤ７と噛み合った状態で可動接点４１が各固定接点３９、４０に当接して始動モータ２を定格回転させることができる。従って、ピニオン５がリングギヤ７の端面に当接している状態で始動モータ２が定格回転することはなく、ピニオン５の回転によるリングギヤ７端面の磨耗を防止できる。また、本実施例では、リターンスプリング２８を抵抗手段として使用しているため、特に新たな部品を追加しなくても可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接してから各固定接点３９、４０に当接するまでの時間差を確保できる。当然、ピニオン５がリングギヤ７に当接した後に可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接すれば更に効果が増す。
【００２１】
次に、本発明の参考例を記載する。
図５はマグネットスイッチ８の全体断面図である。
本参考例のマグネットスイッチ８は、プランジャ２３の後端外周に周溝５２が形成されて、その周溝５２にゴム製のＯリング５３が嵌合している。このＯリング５３は、外径がスリーブ２６の内径より若干大きく設定されている。また、Ｏリング５３の側面とスリーブ２６の端面との距離Ｌ2 は、少なくとも前述のギャップＧ1 （可動接点４１と各固定接点３９、４０との距離）より小さく（本参考例では前述のギャップＧ2 と略等しい）なる様に設定されている。なお、リターンスプリング２８は、ばね定数が一定で、全長に亘って巻ピッチが等しくなる様に巻回された通常のスプリングを使用している。
【００２２】
本参考例の作動を説明する。
プランジャ２３の移動によりピニオン５がリングギヤ７の端面に当接して、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接するまでは、第１実施例と同様に作動する。
ピニオン５が始動モータ２の回転を受けてゆっくりと回転し、リングギヤ７と噛み合った後、更にプランジャ２３が移動すると、プランジャ２３の外周に嵌合するＯリング５３がスリーブ２６の内周面を摺接しながら移動するため、Ｏリング５３とスリーブ２６との間に摺動抵抗が生じる。この結果、プランジャ２３の移動速度が減速されるため、Ｏリング５３を使用しない場合と比較して、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接してから各固定接点３９、４０に当接するまでの時間差を大きく取ることができる。これにより、第１実施例と同様に、ピニオン５がリングギヤ７と噛み合った状態で可動接点４１が各固定接点３９、４０に当接して始動モータ２を定格回転させることができる。
【００２３】
（変形例）
第１実施例では、抵抗手段として密巻部２８ａと粗巻部２８ｂとを有するリターンスプリング２８を例示したが、スプリング材の線径を変えることでばね定数を変化させても良い。また、各補助接点３７、３８を支持するバネ部材４２、４３のばね定数を高く設定することで、可動接点４１が各補助接点３７、３８に当接してから以後の移動速度を減速するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 マグネットスイッチの全体断面図である（第１実施例）。
【図２】 スタータの半断面図である。
【図３】 リターンスプリングの撓み代とスプリング荷重との関係を示すグラフである。
【図４】 プランジャの加速度を示すグラフである。
【図５】 マグネットスイッチの全体断面図である（参考例）。
【符号の説明】
１ スタータ
２ 始動モータ
５ ピニオン
７ リングギヤ
８ マグネットスイッチ
２３ プランジャ
２４ バッテリ
２６ スリーブ
２８ リターンスプリング（コイルスプリング／抵抗手段）
２８ａ 密巻部
２８ｂ 粗巻部
３６ 起動用電気抵抗（電気抵抗体）
３７ バッテリ側補助接点（第１の接点）
３８ モータ側補助接点（第１の接点）
３９ バッテリ側固定接点（第２の接点）
４０ モータ側固定接点（第２の接点）
４１ 可動接点
Ｇ２ 可動接点と補助接点とのギャップ（可動接点と第１の接点とのギャップ）

Claims (1)

1. 電気抵抗体を通じてバッテリから始動モータへ電流を流すための第１の通電回路に介在された第１の接点と、
   前記電気抵抗体をバイパスして前記バッテリから前記始動モータへ電流を流すための第２の通電回路に介在された第２の接点と、
   プランジャと一体に移動する可動接点とを有し、
   前記プランジャの移動によってピニオンをエンジンのリングギヤ側へ移動させるとともに、前記可動接点が前記第１の接点に当接し、続いて前記第２の接点に当接することで前記始動モータを２段階に通電するスタータ用マグネットスイッチであって、
   少なくとも前記可動接点が前記第１の接点に当接してから前記第２の接点に当接するまでの間、前記プランジャの移動を抑制する抵抗手段を備え、この抵抗手段は、前記プランジャの移動方向に抗して前記プランジャを付勢するリターンスプリングによって形成され、このリターンスプリングは、粗巻部と密巻部とを有するコイルスプリングから成り、前記プランジャの移動によって前記密巻部が前記粗巻部より先に全圧縮し、且つ前記密巻部が全圧縮するまでの撓み代が、前記可動接点と前記第１の接点とのギャップと略同一に設定されていることを特徴とするスタータ用マグネットスイッチ。

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