JP3874707B2 - スタータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジング軸受に支持されたピニオンシャフトの端部にピニオンを有する片持ち構造のスタータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の一例として、特開2000-320438 公報に記載されたスタータがある。このスタータは、図４に示す様に、遊星ギヤ減速装置を介してモータ回転力が伝達される出力軸100 と、この出力軸100 上にピニオン軸受110 を介して嵌合するピニオンシャフト120 、及び出力軸100 の回転をピニオンシャフト120 に伝達する一方向クラッチ130 等を備え、ハウジング軸受140 に支持されたピニオンシャフト120 の先端部（反モータ側端部）にピニオン150 を具備している。
【０００３】
一方向クラッチ130 は、出力軸100 上にヘリカルスプラインを介して取り付けられ、エンジン始動時に電磁スイッチ（図示しない）の吸引力を利用して反モータ方向へ押し出されると、ピニオンシャフト120 と一体に出力軸100 上を移動して、ピニオン150 をリングギヤ160 に噛み合わせることができる。
【０００４】
【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、出力軸100 上をピニオンシャフト120 と一方向クラッチ130 が移動する構造であるため、エンジン始動時にピニオンシャフト120 が出力軸100 上を反モータ方向（図示左方向）へ移動した時に、出力軸100 に対するピニオン軸受110 （ピニオンシャフト120 の内周面に圧入されている）の軸方向位置が変化する。従って、ピニオン軸受110 は、ピニオン静止時に、出力軸100 の先端部より後方側の部位を支持する必要がある。つまり、ピニオン静止時に出力軸100 の先端部を支持していると、ピニオンシャフト120 が出力軸100 上を反モータ方向へ移動した時に出力軸100 から外れてしまう。
【０００５】
上記の構成では、ピニオンシャフト120 が出力軸100 上を反モータ方向へ移動した時に、ピニオン軸受110 がハウジング軸受140 より反モータ方向へ移動することはなく、ハウジング軸受140 よりモータ側、またはハウジング軸受140 と略同じ軸方向位置に配置される。このため、ピニオン150 がリングギヤ160 に噛み合ってエンジンを始動する際に、ピニオン150 に高荷重（高負荷）が加わると、ハウジング軸受140 を支点として一方向クラッチ130 に荷重が作用する。この時、各軸受ギャップの分だけピニオンシャフト120 が傾くため、一方向クラッチ130 を構成するアウタ130a及びインナ130bに対しローラ130cが片当たりしてクラッチ130 が滑るという問題が発生する。
【０００６】
また、一方向クラッチ130 が出力軸100 上を反モータ方向へ移動すると、出力軸100 に設けられているスプライン部100aの一部が露出するため、ハウジング170 の内部に浸入した水やダスト等が、露出したスプライン部100aに付着して一方向クラッチ130 が戻らなくなる場合があった。
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、エンジン始動時にクラッチの滑りを防止でき、より高トルクを発揮できるスタータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明のスタータは、遊星ギヤ減速装置の遊星ギヤを支持するキャリアと一体に設けられた動力伝達部と、この動力伝達部の内周にスプライン嵌合する出力軸と、この出力軸の外周面にピニオン軸受を介して回転自在に嵌合するピニオンシャフトと、このピニオンシャフトの反モータ側端部に設けられるピニオンと、出力軸の回転をピニオンシャフトに伝達する一方向クラッチと、ピニオンと一方向クラッチとの間にハウジング軸受を配置して、ピニオンシャフトを回転自在及び摺動自在に支持するハウジングとを備え、エンジンのクランキング時に、出力軸がピニオンシャフト及び一方向クラッチと一体に反モータ方向へ移動して、ピニオンをエンジンのリングギヤに噛み合わせることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、ピニオン静止時とエンジン始動時とで、ピニオンシャフトと出力軸との相対位置がずれないため、ピニオン軸受の配置自由度が向上する。即ち、必ずしも、ピニオン静止時に出力軸の先端部より後方側にピニオン軸受を配置する必要はなく、例えば出力軸の先端部にピニオン軸受を配置できる。この場合、従来技術に示したスタータと比較すると、エンジン始動時にハウジング軸受に対してピニオン軸受をより反モータ側に配置できる。その結果、ピニオンに高荷重が加わった時に、ピニオンシャフトの傾きを抑制できるので、一方向クラッチに加わる荷重が低減されてクラッチの滑りを防止でき、より高トルクを伝達することが可能である。
【０００９】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、
ピニオンがリングギヤに噛み合う位置まで、ピニオンシャフトが出力軸と一体に反モータ方向へ移動した時に、ピニオン軸受のピニオン側端部がハウジング軸受のピニオン側端部よりピニオン側へ出ていることを特徴とする。
この構成によれば、エンジン始動時にピニオンに加わる荷重の一部をピニオン軸受にて受けることができるので、その分、ピニオンシャフトの傾きを小さくできる。その結果、一方向クラッチに加わる荷重が低減されるため、クラッチの滑りを防止でき、より高トルクを伝達することができる。
【００１０】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、
ピニオン軸受は、出力軸の反モータ側端部を支持する第１のピニオン軸受と、この第１のピニオン軸受よりモータ側に配置される第２のピニオン軸受とを有していることを特徴とする。
この構成では、ピニオンシャフトと出力軸との間に第１のピニオン軸受と第２のピニオン軸受とが配置されるので、ピニオンに高荷重が加わった時に生じるピニオンシャフトの傾きを更に小さくできる。なお、第２のピニオン軸受は、例えば一方向クラッチを構成するインナ部の内径側に配置できる。
【００１１】
（請求項４の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、
ピニオン軸受は、出力軸の反モータ側端部から一方向クラッチを構成するインナ部の内径側までを支持していることを特徴とする。
本発明のスタータは、動力伝達部に対して出力軸がピニオンシャフトと一体に移動するため、ピニオン静止時とクランキング時とで、ピニオンシャフト及び出力軸に対してピニオン軸受の相対位置が変化しない。このため、ピニオン軸受を軸方向に長く形成して、出力軸に対して反モータ側端部からインナ部の内径側まで、広範囲に支持することができる。これにより、ピニオンに高荷重が加わった時に生じるピニオンシャフトの傾きを更に小さくできる。
【００１２】
（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
一方向クラッチは、ピニオン静止状態の時に、動力伝達部の反モータ側端部の外径を覆う円筒部を有していることを特徴とする。
この構成では、スプライン嵌合する動力伝達部と出力軸との噛み合い部の反モータ側端部が円筒部によって覆われるので、ハウジング内に浸入した水、埃等からスプライン嵌合部を保護できる。
【００１３】
（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
出力軸は、スプラインを有するモータ側端部が円筒形状に凹設され、その円筒内部に軸受を介してアーマチャの軸端部が挿入されていることを特徴とする。
この構成では、出力軸の端面とアーマチャの軸端面とを軸方向に突き合わせる必要がないので、スタータの軸長を短縮できる。
また、出力軸のモータ側端部を円筒形状にすることで、出力軸の重量を低減できる。この場合、エンジン始動時に反モータ方向へ移動する移動体（出力軸、ピニオンシャフト、ピニオン、一方向クラッチ）の総重量を低減できるので、ピニオンとリングギヤとの噛み合い性を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はスタータ１の断面図である。
本実施例のスタータ１は、アーマチャ２に回転力を発生するモータと、アーマチャ２の回転を減速する遊星ギヤ減速装置（下述する）と、この減速装置で減速された回転力が伝達される出力軸３と、この出力軸３の外周にピニオン軸受４を介して回転自在に嵌合するピニオンシャフト５と、このピニオンシャフト５の先端部（反モータ側端部）に固定されるピニオン６と、出力軸３の回転をピニオンシャフト５に伝達する一方向クラッチ７と、ハウジング軸受８を介してピニオンシャフト５を回転自在及び摺動自在に支持するハウジング９等を備える。
【００１５】
モータは、周知の直流電動機であり、IGキー（図示しない）のON操作により電磁スイッチ（図示しない）に内蔵されたモータ接点が閉じると、車載バッテリからアーマチャ２に給電されて、アーマチャ２に回転力を生じる。
【００１６】
電磁スイッチは、IGキーのON操作によって通電されるコイル（図示しない）、及びコイルの内側を往復動可能に配置されたプランジャ１０（図１参照）等を内蔵している。コイルが通電されてプランジャ１０に吸引力が作用すると、図示しないドライブスプリングを撓ませながらプランジャ１０が図示右方向へ移動してモータ接点を閉じると共に、その吸引力がプランジャ１０に連結されたレバー１１を介して一方向クラッチ７に伝達され、一方向クラッチ７を反モータ方向（図１の左方向）へ押し出す力として作用する。
【００１７】
遊星ギヤ減速装置は、キャリア１２に支持された遊星ギヤ１３を有し、この遊星ギヤ１３がサンギヤ１４とインターナルギヤ１５とに噛み合って自転しながらサンギヤ１４の周囲を公転することにより、アーマチャ２の回転を減速してキャリア１２に伝達する。
キャリア１２は、減速装置で減速された回転力を出力軸３に伝達するための動力伝達部１６と一体に設けられている。
動力伝達部１６は、キャリア１２の内径部に反モータ側へ円筒状に延設され、その円筒外周面が軸受１７を介してセンタケース１８に支持されている。この動力伝達部１６には、反モータ側の内周面に内ヘリカルスプライン１６ａが形成されている。
【００１８】
出力軸３は、自身の後端部（モータ側端部）に外ヘリカルスプライン３ａが形成され、この外ヘリカルスプライン３ａが動力伝達部１６の内ヘリカルスプライン１６ａと噛み合って、動力伝達部１６に対し軸方向に所定量だけ移動可能に設けられている。出力軸３の後端には、動力伝達部１６に対する出力軸３の移動量を規制するストッパ１９が設けられている。
【００１９】
また、この出力軸３は、外ヘリカルスプライン３ａが形成された後端部の内径側に中空部が設けられ、その中空部の内周面に圧入された軸受２０を介してアーマチャ２の先端軸部２ａが挿入されている。なお、アーマチャ２の先端軸部２ａは、出力軸３が反モータ方向へ移動した時に、軸受２０が先端軸部２ａから外れない様に、出力軸３の移動量＋軸受２０の軸方向長さに相当する長さを有している。
【００２０】
ピニオンシャフト５は、先端部に直スプラインが設けられた軸部５ａを有し、この軸部５ａより後方側が円筒形状に設けられて、その内周面に圧入されたピニオン軸受４（ブッシュまたはニードルベアリング等）を介して出力軸３の外周に嵌合している。
ピニオン軸受４は、出力軸３の先端部を支持する第１の軸受４ａと、この第１の軸受４ａよりモータ側に配置される第２の軸受４ｂとで構成される。但し、第１の軸受４ａは、ピニオン６がエンジンのリングギヤ２１に噛み合った状態で、自身のピニオン側端部がハウジング軸受８のピニオン側端部よりピニオン側に出る様に配置されている（図２参照）。
ピニオン６は、ピニオンシャフト５の軸部５ａにスプライン結合されると共に、ピニオンスプリング２２によって反モータ方向へ付勢され、ピニオン６の先端側に取り付けられるストッパ２３にて移動規制されている。
【００２１】
一方向クラッチ７は、多くのスタータに用いられる周知のローラ式クラッチであり、アウタ２４、インナ２５、ローラ２６等から構成される。
アウタ２４は、出力軸３にスプライン結合されて出力軸３と一体に回転し、外ヘリカルスプライン３ａの反モータ側端面と出力軸３に装着されるスナップリング２７とで軸方向の移動が阻止されている。また、アウタ２４には、出力軸３にスプライン結合する結合部のモータ側に円筒部２４ａが設けられ、この円筒部２４ａが、ピニオン静止時（図１に示す状態）に動力伝達部１６の反モータ側端部を覆っている。
【００２２】
インナ２５は、ピニオンシャフト５の後端部に一体に設けられ、アウタ２４の内径側に配置される。
ローラ２６は、エンジン始動時に出力軸３と一体にアウタ２４が回転すると、インナ２５とアウタ２４との間に押し付けられることにより、アウタ２４とインナ２５とをロックしてアウタ２４の回転をインナ２５へ伝達する。その後、エンジンの始動によってピニオンシャフト５の回転速度が出力軸３の回転速度を上回ると、インナ２５とアウタ２４との間で空転することにより、両者間の動力伝達を遮断する。
【００２３】
ハウジング９は、ピニオン６と一方向クラッチ７との間にハウジング軸受８を配置してピニオンシャフト５を支持すると共に、モータヨーク２８との間にセンタケース１８を挟持して、一方向クラッチ７の周辺を覆っている。
ハウジング軸受８は、図１にブッシュを示しているが、ボールベアリングまたはニードルベアリングでも良い。ハウジング軸受８のピニオン側には、ゴム製のシール部材２９が配置されて、ハウジング軸受８とピニオンシャフト５との隙間をシールすることにより、ハウジング９の内部への水や埃などの浸入を防止している。
【００２４】
次に、スタータ１の作動を説明する。
IGキーのON操作により、電磁スイッチのコイルに通電されてプランジャ１０が吸引されると、その吸引力がプランジャ１０に連結されたレバー１１を介して一方向クラッチ７のアウタ２４に伝達され、アウタ２４からスナップリング２７を介して出力軸３に反モータ方向へ押し出す力が加わる。これにより、出力軸３が一方向クラッチ７と共に前方へ押し出され、更にアウタ２４がピニオンシャフト５の後端面に当接してピニオンシャフト５を押し出すことにより、三者が一体となって前方へ移動し、ピニオン６がリングギヤ２１に当接した後、ピニオンスプリング２２を押し縮めて停止する。
【００２５】
一方、プランジャ１０がドライブスプリングを撓ませながら移動してモータ接点が閉じると、アーマチャ２が通電されて回転し、そのアーマチャ２の回転が減速装置で減速されて動力伝達部１６に伝達される。動力伝達部１６が回転すると、その動力伝達部１６にヘリカルスプライン嵌合する出力軸３に回転力が伝達され、更に出力軸３から一方向クラッチ７を介してピニオンシャフト５に伝達される。この後、ピニオン６がリングギヤ２１と噛み合い可能な位置まで回転すると、ヘリカルスプライン３ａ、１６ａの作用によって出力軸３を前方へ押し出すスラスト力が発生し、このスラスト力に前記ドライブスプリングの反力とピニオンスプリング２２の反力とが加わってピニオン６が押し出され、リングギヤ２１に噛み合う（図２参照）。これにより、ピニオンシャフト５の回転力がピニオン６からリングギヤ２１に伝達されて、エンジンをクランキングする。
【００２６】
（本実施例の効果）
本実施例のスタータ１は、動力伝達部１６に対して出力軸３がピニオンシャフト５及び一方向クラッチ７と一体に移動する構造であり、図１に示すピニオン静止時と図２に示すエンジン始動時（クランキング時）とで、ピニオンシャフト５と出力軸３との相対位置が変化しない。従って、第１の軸受４ａと第２の軸受４ｂも出力軸３に対し相対位置が変化しない。これにより、出力軸３は、ピニオン静止時だけでなく、エンジン始動時（クランキング時）においても、第１の軸受４ａと第２の軸受４ｂによりピニオンシャフト５を強固に支持できる。
【００２７】
この構成によれば、ピニオン６がリングギヤ２１に噛み合った時に、第１の軸受４ａのピニオン側端部をハウジング軸受８のピニオン側端部よりピニオン側に出すことが可能であり、クランキング時にリングギヤ２１からピニオン６及びピニオンシャフト５に加わる荷重を第１の軸受４ａと第２の軸受４ｂとで受けることができる。これにより、ピニオン６に高荷重が加わった場合でも、ピニオンシャフト５の傾きを、出力軸３のサポートにより小さくできる。特に、第１の軸受４ａを、ピニオンシャフト５に対して出力軸３の先端部で支持できるので、ピニオンシャフト５の傾きをより小さくできる。この結果、一方向クラッチ７のローラ部に加わる荷重による傾きが低減されて、アウタ２４及びインナ２５に対するローラ２６の片当たりを抑制できるので、一方向クラッチ７の滑りを防止することができ、より大きなトルク伝達が可能となる。
【００２８】
また、一方向クラッチ７は、ピニオン静止時に、動力伝達部１６の反モータ側端部の外径を覆う円筒部２４ａを有している。この構成では、ヘリカルスプライン嵌合する動力伝達部１６と出力軸３との噛み合い部の反モータ側端部が円筒部２４ａによって覆われるので、ハウジング９の内部に浸入した水、埃等からヘリカルスプライン嵌合部を保護することができ、ヘリカルスプライン嵌合部の摺動性を良好に維持できる。
【００２９】
更に、本実施例では、エンジンのクランキング時に出力軸３が前方へ押し出されてピニオン６がリングギヤ２１に当接した後、アーマチャ２の回転力が動力伝達部１６を介して出力軸３に伝達されると、両者が噛み合うヘリカルスプライン３ａ、１６ａ（捩れ角３０°程度）の作用によって出力軸３を前方へ押し出すスラスト力が発生する。このスラスト力がドライブスプリングの反力に加算されてピニオンスプリング２２を押圧する力として作用するので、ピニオン６の押し出し力が更に強くなり、ピニオン６のリングギヤ２１への噛み合い性をより良くすることができる。
【００３０】
本実施例のスタータ１は、出力軸３の後端部に中空部が設けられ、その中空部に軸受２０を介してアーマチャ２の先端軸部２ａが挿入されている。この構成によれば、出力軸３の端面とアーマチャ２の先端軸部２ａの端面とを軸方向に突き合わせる必要がないので、スタータ１の軸長を短縮できる。また、出力軸３の後端部に中空部を設けることにより、出力軸３の重量を低減できる。この場合、エンジン始動時に反モータ方向へ移動する移動体（出力軸３、ピニオンシャフト５、ピニオン６、一方向クラッチ７）の総重量を低減できるので、ピニオン６とリングギヤ２１との噛み合い性を向上できる。
【００３１】
（変形例）
本実施例では、動力伝達部１６に出力軸３がヘリカルスプライン嵌合し、ピニオンシャフト５の軸部５ａにピニオン６が直スプラインによって結合されているが、動力伝達部１６と出力軸３とを直スプラインにて結合し、ピニオンシャフト５の軸部５ａにピニオン６をヘリカルスプライン嵌合させても、同等な効果（但し、ピニオン６がリングギヤ２１に当接した後、出力軸３を前方へ押し出すスラスト力を発生させる効果は除く）を得ることができる。
また、ピニオン軸受４として第１の軸受４ａと第２の軸受４ｂを図示しているが、この間に第３の軸受を配置しても良い。あるいは、図３に示す様に、第１の軸受から第２の軸受までを１つのピニオン軸受４として構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタータの断面図である（ピニオン静止時）。
【図２】スタータの断面図である（クランキング時）。
【図３】スタータの断面図である（クランキング時）。
【図４】スタータの部分断面図である（従来技術の説明）。
【符号の説明】
１ スタータ
２ アーマチャ
２ａ アーマチャの先端軸部（アーマチャの軸端部）
３ 出力軸
３ａ 外ヘリカルスプライン
４ ピニオン軸受
４ａ 第１の軸受（第１のピニオン軸受）
４ｂ 第２の軸受（第２のピニオン軸受）
５ ピニオンシャフト
６ ピニオン
７ 一方向クラッチ
８ ハウジング軸受
９ ハウジング
１２ キャリア
１３ 遊星ギヤ
１６ 動力伝達部
１６ａ 内ヘリカルスプライン
２０ 軸受
２１ リングギヤ
２４ａ 円筒部

Claims (6)

1. アーマチャに回転力を発生するモータと、
   遊星ギヤを介して前記アーマチャの回転を減速する遊星ギヤ減速装置と、
   前記遊星ギヤを支持するキャリアと一体に円筒状に設けられ、前記キャリアの回転を伝達する動力伝達部と、
   自身のモータ側端部が前記動力伝達部の内周にスプライン嵌合して、前記動力伝達部に対し軸方向に所定量だけ移動可能に設けられた出力軸と、
   この出力軸の外周面にピニオン軸受を介して回転自在に嵌合するピニオンシャフトと、
   このピニオンシャフトの反モータ側端部に設けられて前記ピニオンシャフトと一体に回転するピニオンと、
   前記出力軸の回転を前記ピニオンシャフトに伝達する一方向クラッチと、
   前記ピニオンと前記一方向クラッチとの間にハウジング軸受を配置して、前記ピニオンシャフトを回転自在及び摺動自在に支持するハウジングとを備え、
   エンジンのクランキング時に、前記出力軸が前記ピニオンシャフト及び前記一方向クラッチと一体に反モータ方向へ移動して、前記ピニオンを前記エンジンのリングギヤに噛み合わせることを特徴とするスタータ。
2. 請求項１に記載したスタータにおいて、
   前記ピニオンが前記リングギヤに噛み合う位置まで、前記ピニオンシャフトが前記出力軸と一体に反モータ方向へ移動した時に、前記ピニオン軸受のピニオン側端部が前記ハウジング軸受のピニオン側端部より前記ピニオン側へ出ていることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１または２に記載したスタータにおいて、
   前記ピニオン軸受は、前記出力軸の反モータ側端部を支持する第１のピニオン軸受と、この第１のピニオン軸受よりモータ側に配置される第２のピニオン軸受とを有していることを特徴とするスタータ。
4. 請求項１または２に記載したスタータにおいて、
   前記ピニオン軸受は、前記出力軸の反モータ側端部から前記一方向クラッチを構成するインナ部の内径側までを支持していることを特徴とするスタータ。
5. 請求項１〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記一方向クラッチは、ピニオン静止状態の時に、前記動力伝達部の反モータ側端部の外径を覆う円筒部を有していることを特徴とするスタータ。
6. 請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記出力軸は、前記スプラインを有するモータ側端部が円筒形状に凹設され、その円筒内部に軸受を介して前記アーマチャの軸端部が挿入されていることを特徴とするスタータ。

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