JP3885640B2 - 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、特に内燃機関を始動するための始動装置であるスタータモータであって、該スタータモータのマグネットスイッチの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題へ対応するためスタータモータへも様々な改良を求められている。たとえば小型軽量、エンジンのアイドリング時ストップ（いわゆるエコラン）するためスタータの寿命向上などである。これに対応するため特開平９−６８１４２号公報にも見られるように噛み合いを確実に行うことによりギヤ−へのダメージをへらし、かつスイッチ電流を減らしスイッチ自体の小型化をはかってきた。すなわち、吸引スイッチの電流を７０％以上減らし、吸引コイルを大幅に小型化し、そのコイルの中心部を貫くプランジャーとそのプランジャーシャフトと一体になって動くロッド、可動接点、フックによりメイン電流のＯＮ，ＯＦＦ及びピニオンのリングギヤーへの噛み合わせを行わせエンジンを始動していた。（ロッドが２つに分かれていて可動接点とフック別々に動かすものもあるがいずれにしても吸引力によりほぼ一体的に動くので動作はほぼ同じ）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記噛み合い方式の改良によりスイッチは小型化はできたが、そのスイッチの接点で断続する電流はモータの出力に応じて必要なため、結果的に従来と同じ電流をより小さくなったスイッチの接点で断続することになり、電流密度大により異常摩耗しやすいという不具合があった。更に細いロッドの両側に接点とフック（継ぎ手部）がついており（ロッドが軽くなった分だけ相対的に接点、フックが重くなる）、重い接点とフックによりロッドがふられる、さらにプランジャーとコイル内径の間には摺動用のギャップもあり、この面からもさらにふられやすく作動の安定性がなくなり前記不具合となる。
【０００４】
さらに細くなったロッド（直径約２ｍｍ）の端に電気絶縁を保って小さな接点を保持させるため細かい絶縁ワッシャ等を介して接点を固定するため、機械的強度のない絶縁ワッシャが作動時に割れやすいという問題があった。一般的に７００Ａ程度の接点電流が流れ、それに対し絶縁物の厚さが１ｍｍ以下である安全ギャップのない状態にもなる。さらに、ピニオン噛み合い時等の衝撃力が該フックを介しプランジャー、接点に伝達され、細く小さな、ロッド、接点、絶縁物が破壊しやすい問題もある。その対応のため、接点だけは従来と同じ大きさのままで行う方法もあるが、この場合小さなロッドに頭でっかちな接点となりその作動時に不安定となり、ＯＮ，ＯＦＦ時にチャタリングによるアークが発生し、接点溶着の不具合となる。さらに細くはなったがまだロッドがプランジャーの内径部にあるのでこの分はまだコイルの銅量低減の限界となっている。
【０００５】
さらにプランジャーの両端に作動が必要な部品（接点とフック）があるためロッドがスイッチの吸引コイルを貫いてスイッチの両側へその端をだす必要がある。このためロッドは非磁性体にしてスイッチの吸引力を得る必要がある（この部分が磁性体であるとエヤーギャップを流れるべき磁力線がすべてロッドをとおってながれてしまいエヤーギャップに流れなくなり従ってエヤーギャップを狭めようとする力がなくなりスイッチとして作動しない）。この非磁性体は一般的にはステンレスや銅などが使用されるためコスト高となる。さらに小型化で狭くなった吸引コイルの内径で磁性体と非磁性体部分を組み立ててプランジャーとして完成させなければならないこともコスト高となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明では、接点とフックの移動を吸引コイルの内径ではなく外径側から動かすことにより、コイルは小型化しても接点だけは十分な大きさを保つようにし、プランジャーや固定鉄心を貫くロッドを廃止して、特殊な材料を必要としなくコストの易い、信頼性の高い小型スイッチを可能にすることを目的としている。
【０００７】
請求項１では、吸引コイルに中心部はプランジャーのみが挿入されており、しかも反固定鉄心側へのみ摺動するようになっているので固定鉄心を突き抜ける非磁性体のロッドが必要でなくすべての部分が鉄で出来、磁気回路とすることができるのでコイルの内周部をより細くでき、従ってプランジャーも細くできコストアップもない。しかも細いロッドでなくより太いプランジャーに接点とフックを付け、更にロッドとプランジャーまたは固定鉄心との摺動ギャップもないので作動時接点がふらつくこともなくなる。
【０００８】
請求項２では、電流断続用の接点とピニオン駆動用の継ぎ手部はスイッチ本体両側にあり、しかもその両方はケースの外周にあるフランジにより連結されているので、従来のような細いロッドではなく該フランジは干渉する物がないので太くでき丈夫であり、吸引コイル等のスイッチ本体を大きくすることなく、電気的にも機械的に十分安全な寸法にできる。
【０００９】
請求項３では、ケースの外周側からのびたフランジの腕を介して接点ホルダーを固定しているので、接点を大きくしても十分余裕を持って外周から接点をホルダーで固定でき、電気絶縁材料でホルダーを製作すれは機械強度も十分保て、なおかつ作動時にも接点が安定している。
【００１０】
請求項４ではスイッチ本体はしっかりとスタータに固定し、しかも摺動部である継ぎ手部、フランジ部はもともと接点室を覆っていたカバーを兼用して覆うので埃よけなどの新規のカバーが必要でなく、またこのためにスイッチの外径が大きくなることもない。すなわち、通常のスタータに本スイッチを取り付けるとそのために新たに大きなカバーが必要となり結果的に外径が従来のスイッチと同じになってしまうが、本構造によればそれが全くなく、小型で、埃、水などにも十分耐えることができる。
【００１１】
請求項５では、本構造のスイッチにすることにスイッチの信頼性をあげかつ小径化が可能となり、噛み合い規制により吸引コイル電流を大幅に減らすことができ、大幅な小型が出来しかも信頼性アップ、コストダウンも可能となる。
【００１２】
請求項６では、吸引コイルの中心部は固定鉄心のみになっており固定鉄心を突き抜ける非磁性体のロッドが必要でなく、すべての部分が鉄でできた磁気回路とすることができるので、コイルの内周部をより細くでき、従って吸引コイルも小さく、コストアップもない。しかも細いロッドでなく、より径の大きなプランジャーに接点とフックを付け更にロッドとプランジャーまたは固定鉄心との摺動ギャップもないので作動時接点がふらつくこともなくなる。しかもプランジャーとケース側壁との摺動部の磁気回路部が従来のようにケース側壁内周でなく外周部となるので、対抗面積が大きくなりその分磁気抵抗が小さくなりコイルの小型化の出来る。
【００１３】
請求項７では、電流断続用の接点とピニオン駆動用の継ぎ手部はスイッチ本体両側にあり、しかもその両方はケースの外周にあるフランジにより連結されているので、従来のような細いロッドではなく該フランジは干渉する物がないので、太く丈夫であり吸引コイル等のスイッチ本体を大きくすることなく、電気的にも機械的に十分安全な寸法にできる。
【００１４】
請求項８では、ケースの外周側からのびたフランジの腕を介して接点ホルダーを固定しているので、接点を大きくしても十分余裕を持って外周から接点をホルダーで固定できるので電気絶縁材料でホルダーを製作すれは機械強度も十分保てなおかつ作動時にも接点が安定している。
【００１５】
請求項９では、スイッチ本体はしっかりとスタータに固定し、しかも摺動部である継ぎ手部、フランジ部はもともと接点室を覆っていたカバーを兼用して覆うので埃よけなどの新規のカバーを必要としなく、またこのためにスイッチの外径が大きくなることもない。すなわち、通常のスタータに本スイッチを取り付けるとそのために新たに大きなカバーが必要となり結果的に外径が従来のスイッチと同じになってしまうが、本構造によればそれが全くなく、小型化で、埃、水などにも十分たえる。
【００１６】
請求項１０では、本構造のスイッチにすることにスイッチの信頼性を上げかつ小径化が可能となり、噛み合い規制により吸引コイル電流を大幅に減らすことで、大幅な小型が出来、しかも信頼性アップ、コストダウンも可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のスタータ用スイッチを図１、図２及び図３に示す第１の実施例に基づき説明する。
【００１８】
５０はスイッチで、その構成は電磁力を発生する吸引コイル５１と磁気回路を形成するプランジャー５２，ケース５５，固定鉄心５４及びプランジャー５２と固定鉄心５４との間のエヤーギャップ５６から構成される。ケース５５は筒部５５ａと両側壁５５ｂ，５５ｃよりなり、該固定鉄心５４とともに吸引コイル５１を覆うようになっておりスイッチの固定部をなしている。なお、ケース５５の筒部５５ａ、側壁５５ｂ，５５ｃ及び固定鉄心５４は各々別体または一体どちらでもよく、磁気回路を形成できればよい（図では側壁５５ｂと固定鉄心５４が一体となっている）。
【００１９】
７０は第１接点部で固定接点７１と可動接点７２よりなっている。該可動接点７２は第一の弾性体７３の一部をなしており、全体として導電性がありなおかつ機械強度のあるもの、たとえばリン青銅などでできている。
【００２０】
８０は第２接点部で固定接点８１と可動接点８２よりなっている。また第１接点部と第２接点部はバッテリとモータ間で並列回路をなしており、更に第１接点部の固定接点７１はカーボンよりなるので結果として前記回路内では抵抗の役目もはたすことになる。該可動接点７２および８２は各々該固定接点７１，８１に第１の弾性体７３及び第２の弾性体８３（図では左右２つ）により接触圧を付与される。（本実施例では弾性体７３，８３をプランジャーと一緒に動く可動側にいれたが固定接点７１，８１側に入れるまたはクロスして入れてもよい。）第１の固定接点７１はホルダー６２を介し、また第２の固定接点８１は直接、端子６０で図示してないバッテリと接続される。
【００２１】
プランジャー５２の一端にはフランジ５３と継ぎ手部５３ａが固定されている。フランジ５３の腕部５３ｂは前記第２の弾性体８３を介してホルダー５８に連結している。ホルダー５８はその他端に圧入等の適当な方法で該可動接点７２，８２が固定されている。すなわちプランジャー５２が動くとフランジ５３，ホルダー５８，可動接点７２，８２がほぼ一体的に移動するようになっていることにより、スイッチとしての役目を果たすようになる。
【００２２】
該継ぎ手部５３ａには穴があり、その穴には連結手段９０の一端が挿入されている。連結手段９０の他端は部材９１を介してピニオン２５の回転を規制するようになっている。すなわち、吸引コイル５１が吸引されるとプランジャー５２が前記エヤーギャップ５６を縮める方向に動き、それにより連結手段を介して部材９１がピニオン２５に接触してその回転を規制する。この状態でモータが回転すると、出力軸２０の外周とピニオン２５の内周にそれぞれ設けられたねじれスプライン２０ａ，２５ａにより、ピニオンが軸方向に移動し、図示してないエンジンのリングギヤーに噛み合う。モータのアーマチャ１０のシャフト１１は減速機構３０、クラッチ２７を介して出力軸２０につながっている。
【００２３】
５７はリターンスプリングで吸引コイル遮断時プランジャー５２を元の位置に押し戻す役目をする。本実施例ではリターンスプリング５７をマグネットスイッチ５０の内側のプランジャー５２部に挿入したが、それ以外のところに挿入してもよいことは言うまでもない。要はプランジャー５２を元の位置に押し戻せればどこでもよい。また、吸引コイル５１の内周部は図示してないが薄い金属（たとえば銅）からなるスリーブを挿入して該プランジャーが摺動するときの軸受けとしてもよい。
【００２４】
９５は板バネからなるバンドでその弾性力を利用してスイッチのケース５５の筒部５５ａを覆うようにはめ台座９６にスイッチを固定する。９８はカバーでありスイッチと接点部をおおっている。
【００２５】
次に、本発明構成の作動を説明する。
【００２６】
図示してない車のキースイッチがＯＮされると、吸引コイル５１に電磁力が発生しプランジャー５２がリターンスプリング５７に抗して、エヤーギャップ５６を縮める方向に動く。そして連結手段９０を介してピニオン２５の回転規制をする。次に第１接点部７０が抵抗体（本実施例ではカーボン系固定接点７１がその役目を兼用）を介して接続されるので非常にゆっくりとモ−タが回転する。すると、出力軸２０が回転するがピニオン２５は回転が規制されているのでスプライン２０ａ，２５ａの軸方向成分によりピニオン２５は軸方向に押し出され図示してないリングギヤにかみあう。
【００２７】
更に、プランジャー５２が移動すると第２の接点部８０が導通する。すると第１と第２の接点部は並列回路となっていること、及び第１接点部７０は抵抗体が入っていることにより、第２の接点回路にフルにバッテリからの電流が流れモータが全力を出しエンジンをかける。一方エンジンがかかりキースイッチがＯＦＦされると、吸引コイル５１電磁力がなくなる。すると、リターンスプリング５７の復元力によりプランジャー５２が戻され第２接点部８０がＯＦＦされ、モータには抵抗体を介した制限された電流が流れる。さらに、プランジャー５２が戻されると第１接点部７０がＯＦＦされる。なお、スイッチ以外の噛み合い部等の作動は、特開平１０−１１５２７４号公報と類似なので詳細は省略する。
【００２８】
このように本発明によれば、吸引コイルの内周部に軸方向に貫通したロッドがないので、プランジャーが細くできコイルも小さくてすむ。さらに、スイッチが概略底蓋のある円筒となすことが出来、スイッチの片側から接点、継ぎ手部をプランジャーに合わせて動かすようにしたので、摺動用のギャップ部もロッドの部分がなくなり、がたも少なくなり機械的にも安定している。さらにスイッチ本体の外周部を介して、しかも接点の外周部から接点を固定するのでホルダーを樹脂で作っても十分な寸法がとれ機械強度も確保でき、しかも全体として小型である。さらに、摺動部全体はスイッチカバーと共用するので新規の部品を必要としない。更にピニオン回転規制方式の噛み合いとあいまって小型で信頼性の高いスタータを低コストで供給できる。なお本例では接点部を第１と第２を有する２段作動で説明したが接点部が１つである１段作動についてもよい。
【００２９】
次に、第２の実施例について図４及び図５に基づいて説明する。固定鉄心５４の両側面には側壁５５ｂ、５５ｃが設けられており、ケース筒部５５ａとともにスイッチ磁気回路の固定部分を成している。プランジャー５２は円筒状でその端面にはフランジ５３がもう一方には腕５３ｂがそれぞれ一体的についている。プランジャー５２は吸引コイル５１の力によりエヤーギャップ５６を狭めて接点のＯＮとピニオンのかみ合わせをおこなう。５７はリターンスプリング、８３は接点圧を付与するための弾性体である。その他の部分、作動は第１の実施例と同じであるので説明を省略する。
【００３０】
このように本発明によれば信頼性が高く、小型でしかもコストの低いスイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すスタータの断面図である。
【図２】図１のスイッチ部の断面図である。
【図３】図１のスイッチの可動部分を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すスイッチの断面図である。
【図５】図４のスイッチを組み付けたスタータの部分断面図である。
【符号の説明】
５０ マグネットスイッチ
５１ 吸引コイル
５２ プランジャー
５４ 固定鉄心
５８ ホルダー

Claims (10)

1. スタータモータへの通電を行う略円筒状の吸引コイルを有するスタータ用マグネットスイッチにおいて、
   該吸引コイルの外周と側面はケースで覆われていて、内周部の一端は固定鉄心で塞がっており、該吸引コイル、ケースと固定鉄心で概略底蓋のある円筒状となっており、
   前記吸引コイルの内周側に摺動可能に挿入されたプランジャーと、このプランジャーの端面と該固定鉄心の間はエヤーギャップが形成され、該ケース、固定鉄心、プランジャーとエヤーギャップとで磁気回路を構成しており、
   該プランジャーは該吸引コイルの作動により該エヤーギャップを変化させることにより該固定鉄心側に移動可能であり、該プランジャーはその反エヤーギャップ側に該ケース両側面に沿い該固定鉄心の外側に回り込んだ、前記プランジャーの軸線に対して左右対称形状のホルダー及び継ぎ手部と直接または間接的に連結されており、
   該ホルダーには可動接点が固定され、該可動接点は、該マグネットスイッチの外周を覆うカバーの内面に固定された固定接点と対向しており、かつ
   該継ぎ手部は連結棒等を介して間接的にピニオンと繋がっており、該吸引コイルに通電することにより該プランジャーを移動させ、該プランジャーの動きに連動して該ピニオンを動かし、エンジンのリングギヤにかみ合わせることを特徴とするスタータ用マグネットスイッチ。
2. 該可動接点と該継ぎ手部は該ケースの側面の互いに反対側にあり、該プランジャーに固定されたフランジが該ケースの外周を概略覆うようになっており、そのフランジにより該可動接点と継ぎ手部、プランジャーは連結されていることを特徴とする請求項１に記載のスタータ用マグネットスイッチ。
3. 該プランジャーの反エヤーギャップ側には該フランジと該継ぎ手部がついており、該フランジは一端が概略該ケースを覆うような腕を有しておりその腕を介してホルダーと繋がっており、そのフランジ部とケースを介して反対側にある該可動接点は該ホルダーによりほぼ外方向から固定されており、該可動接点と対向する位置に固定接点があり、かつ該固定接点は端子を介してバッテリとつながっていることを特徴とする請求項２に記載のスタータ用マグネットスイッチ。
4. 該ケースはバンドでスタータ本体に固定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のスタータ用マグネットスイッチ。
5. 内燃機関を駆動するための出力軸と、スタータモータのアーマチャシャフトと前記出力軸の間に設けられ、前記アーマチャシャフトの回転を減速して、前記出力軸に伝える減速機構を有するものにおいて、前記吸引コイルの吸引力により前記プランジャーと連動して移動する連結手段を介してピニオンの回転を規制すること及び可動接点を動かし固定接点と導通させ、スタータモータをまわすことによりエンジンのリングギヤーにかみ合わせエンジンを始動させるマグネットスイッチであって、該スイッチがスタータモ−タを介して該ピニオンと反対側にあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスタータ用マグネットスイッチ。
6. スタータモータへの通電を行う略円筒状の吸引コイルを有するスタータ用マグネットスイッチにおいて、
   該吸引コイルの内周部と側面は固定鉄心と両側壁で覆われており、外周部は筒部、プランジャー、エヤーギャップ部で構成されており、該固定鉄心、側壁、筒部、プランジャーとエヤーギャップで概略の磁気回路をなしており、
   該プランジャーは該吸引コイルの作動によりエヤーギャップを変化させることにより該筒部側に移動可能となっており、
   さらに該プランジャーはホルダー及び継ぎ手部と直接または間接的に連結されており、
   該ホルダーには可動接点が固定されており、該可動接点は、該マグネットスイッチの外周を覆うカバーの内面に固定された固定接点と対向しており、
   また該継ぎ手部は連結棒等を介して間接的にピニオンと繋がっており、該吸引コイルに通電することにより該プランジャーを移動させ、プランジャーの動きに連動して該ピニオンを動かし、エンジンのリングギヤーにかみ合わせることを特徴とするスタータ用マグネットスイッチ。
7. 該可動接点と該継ぎ手部は該吸引コイルの側面の互いに反対側にあり、該プランジャーに固定されたフランジが該筒部の外周を概略覆うようになっており、そのフランジ、該可動接点、継ぎ手部とプランジャーはつながっていることを特徴とする請求項６に記載のスタータ用マグネットスイッチ。
8. 該プランジャーにはフランジと該継ぎ手部がついており、該ホルダーは概略該筒部を覆うようになっておりその一端で該フランジと繋がっており、該プランジャーの端面には該継ぎ手部が固定されておりその継ぎ手部と該吸引コイルを介して反対側に該可動接点があり、該可動接点は該ホルダーによりほぼ外方向から固定されており、該固定接点は端子を介してバッテリとつながっていることを特徴とする請求項６もしくは７に記載のスタータ用マグネットスイッチ。
9. 該マグネットスイッチの非可動部はバンドでスタータ本体に固定されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のスタータ用マグネットスイッチ。
10. 内燃機関を駆動するための出力軸と、スタータモータのアーマチャシャフトと前記出力軸の間に設けられ、前記アーマチャシャフトの回転を減速して、前記出力軸に伝える減速機構を有するものにおいて、前記吸引コイルの吸引力により前記プランジャーと連動して移動する連結手段を介してピニオンの回転を規制すること及び可動接点を動かし固定接点と導通させ、モータをまわすことによりエンジンのリングギヤーにかみ合わせエンジンを始動させるマグネットスイッチにあって、該スイッチがスタータモ−タを介して該ピニオンと反対側にあることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載のスタータ用マグネットスイッチ。

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