JP4059107B2 - スタータ用電磁スイッチ及びスタータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を始動するためのスタータに用いられる電磁スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
先に本出願人が提案した先願技術（特許文献１参照）がある。
この先願技術は、プランジャに対して可動接点を保持していた従来のロッドを廃止して、励磁コイルを収容するスイッチケースの外側に可動接点を保持する接点保持手段を配置している。その接点保持手段は、プランジャに固定されるフランジ部と、このフランジ部に連結される樹脂製のホルダ部とで構成され、このホルダ部が可動接点を絶縁保持している。
【０００３】
【特許文献１】
特願2002-110296
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の先願技術では、プランジャを反鉄心方向へ付勢するリターンスプリングが励磁コイルの内側（プランジャと固定鉄心との間）に配置されているため、プランジャと固定鉄心にそれぞれリターンスプリングの受け座（位置決め部）を設ける必要がある。その結果、プランジャと固定鉄心の対向面積が減少するため、プランジャが固定鉄心に吸着された時の吸着力も減少する。従って、吸着力を基準に設計すると、励磁コイルの外径を大きくする必要があり、電磁スイッチが大型化するという問題を生じる。
【０００５】
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、プランジャに対して可動接点を保持する接点保持手段をスイッチケースの外側に配置した電磁スイッチにおいて、励磁コイルの外径を拡大することなく、プランジャと固定鉄心との対向面積を大きくして吸着力の増大を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明の電磁スイッチは、プランジャを反鉄心方向へ付勢するリターンスプリングと、プランジャに連結されて可動接点を保持する接点保持手段とを備え、この接点保持手段が、励磁コイルの少なくとも周囲を覆うスイッチケースの外側を軸線方向に沿って移動可能に配置されている。
また、リターンスプリングは、スイッチケースの外側で且つ接点保持手段との間にスイッチケースと同軸線上に配置され、励磁コイルへの通電が停止した時に、接点保持手段を介してプランジャを反鉄心方向へ押し戻すことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、リターンスプリングがスイッチケースの外側に配置されるので、固定鉄心とプランジャとにスプリング受け部（段差部）を設ける必要がない。これにより、固定鉄心とプランジャとの対向面積が減少することなく、従来の構成（リターンスプリングが励磁コイルの内側に配置されている）と比較すると、プランジャが固定鉄心に吸着された時の吸着面積を大きくでき、吸着力が増大する。また、吸着力を基準に設計すると、従来品より励磁コイルの外径を小さくでき、電磁スイッチの小型化を図ることができる。
【０００８】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した電磁スイッチにおいて、
リターンスプリングは、スイッチケースと接点保持手段との間に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、リターンスプリングの内径がスイッチケースにより規制され、リターンスプリングの外径が接点保持手段により規制されるので、リターンスプリングのガタツキを防止できる。また、リターンスプリングの内外径規制を行うために別部品を設ける必要がないので、部品点数が増加することもなく、リターンスプリングの組み付けを容易に行うことができる。
【０００９】
（請求項３の発明）
本発明は、請求項１または２に記載した電磁スイッチをモータの軸方向反ピニオン側に配置したスタータであり、電磁スイッチのプランジャに係合する伝達部材を介してプランジャの動きがピニオン規制部材に伝達され、そのピニオン規制部材に回転規制されたピニオンをヘリカルスプラインの作用により反モータ方向へ移動させてエンジンのリングギヤに噛み合わせる方式のスタータである。 このスタータは、電磁スイッチの吸引力でピニオンを軸方向に押し出す必要がないので、大きな吸引力を必要とせず、電磁スイッチを小型化できる。
【００１０】
（請求項４の発明）
請求項３に記載したスタータにおいて、
電磁スイッチの外周がエンドカバーによって覆われていることを特徴とする。
本発明の電磁スイッチは、接点保持手段とリターンスプリングがスイッチケースの外側に配置されるので、その三者（接点保持手段、リターンスプリング、スイッチケース）間の摺動隙間に異物が混入することを防ぐ必要がある。これに対し、スタータのエンドカバーによって電磁スイッチの外周を覆うことにより、電磁スイッチ専用のカバーを用いる必要がない。また、専用のカバーを必要としないため、電磁スイッチの外径が大きくなることもない。
【００１１】
【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。
（第１実施例）
図１は電磁スイッチの断面図、図２はこの電磁スイッチを組み込んだスタータの断面図である。
本実施例のスタータ１は、図２に示す様に、回転力を発生するモータ２と、このモータ２の通電電流をON/OFFする電磁スイッチ３、モータ２に駆動されて回転する出力軸４、この出力軸４上を移動可能に配置されるピニオン５、モータ２の起動時にピニオン５の回転を規制するピニオン規制部材６、及び電磁スイッチ３の吸引力を利用してピニオン規制部材６を作動させるクランクバー７（本発明の伝達部材）等を備えている。
【００１２】
モータ２は、ヨーク８、固定磁極９（永久磁石）、アーマチャ１０、及びブラシ１１（図２参照）等から構成される周知の直流電動機であり、電磁スイッチ３によりモータ接点（下述する）が閉じると、バッテリ電流がブラシ１１を通じてアーマチャ１０に流れることにより、アーマチャ１０に回転力が生じる。
このモータ２は、ヨーク８の前端部に嵌合するハウジング１２と、ヨーク８の後端部に嵌合するエンドカバー１３との間に挟持されている。
【００１３】
上記のモータ接点は、モータ２の通電回路（図３参照）に並列に設けられる第１接点部Ａと第２接点部Ｂとを有している。
第１接点部Ａは、外部端子１４と一体に設けられた第１固定接点１５と、この第１固定接点１５に対向して可動する第１可動接点１６とで形成される。
外部端子１４は、エンドカバー１３を挿通して固定され、バッテリケーブルが接続されて、車載バッテリ１７（図３参照）より電力が供給される。第１可動接点１６は、図２に示す様に、リード線１１ａを介して正極ブラシ１１に接続されている。
【００１４】
第２接点部Ｂは、第１固定接点１５と電気的に接続された第２固定接点１８と、この第２固定接点１８に対向して可動する第２可動接点１９とで形成される。
第２固定接点１８は、第１固定接点１５より電気抵抗の大きい材料（例えばカーボン材）を使用して形成される。第２可動接点１９は、弾力を持たせた金属板２０（例えば銅板）を介して第１可動接点１６と電気的に接続され、且つ第１可動接点１６と一体に可動する。
【００１５】
この第１接点部Ａと第２接点部Ｂは、モータ２の起動時にアーマチャ１０の回転速度を低く抑えるために、第１接点部Ａより先に第２接点部ＢがONする様に設けられている。具体的には、第１固定接点１５と第１可動接点１６との接点間距離より第２固定接点１８と第２可動接点１９との接点間距離の方が小さく設定されている（図３参照）。
【００１６】
出力軸４は、モータ２の前方側（図１の左側）にてモータ２の回転軸（アーマチャ軸１０ａ）と同軸線上に配置され、一組の軸受２１、２２を介して回転自在に支持されている。この出力軸４は、以下に説明する減速装置と一方向クラッチを介してアーマチャ１０の回転力が伝達されて回転する。
減速装置は、遊星ギヤ２３の回転運動（自転運動と公転運動）によってアーマチャ１０の回転を減速する遊星歯車減速装置である。
一方向クラッチは、アウタ２４とインナ２５との間に配置されるローラ２６を介して回転トルクを断続する周知のローラ式クラッチである。
【００１７】
ピニオン５は、内径側に内ヘリカルスプラインが形成され、この内ヘリカルスプラインが出力軸４の外周に形成された外ヘリカルスプラインに噛み合って出力軸４上に配置され、ピニオンスプリング２７により常時反リングギヤ方向（図１の右方向）に付勢されている。
このピニオン５は、始動時にエンジンのリングギヤ（図示しない）に噛み合うギヤ部５ａ（以下ピニオンギヤ５ａと呼ぶ）と、ピニオンギヤ５ａの反リングギヤ側に設けられた大径部２８とを有し、その大径部２８の外径部に複数の凹部が周方向に連続して設けられている。
【００１８】
ピニオン５の後側には、ピニオンギヤ５ａがリングギヤに噛み合った後、ピニオン規制部材６と協働してピニオン５の後退を阻止する後退規制リング２９が具備されている。
ピニオン規制部材６は、図２に示す様に、ピニオン５に設けられた大径部２８の半径方向外側をピニオン５の回転方向に交差して配置され、モータ２の起動時に大径部２８の凹部に係合してピニオン５の回転を規制する。
【００１９】
クランクバー７は、金属製の丸棒部材によって形成され、その丸棒部材の両端側を所定角度折り曲げてクランク形状に設けられている。具体的には、丸棒部材の一端側に設けられる伝達部７ａと、丸棒部材の他端側に設けられる作動部７ｂ、及び伝達部７ａと作動部７ｂとを繋ぐ棒状部７ｃとで構成される。
伝達部７ａは、その先端部が電磁スイッチ３のプランジャ３０に固定されたフック部３１に係合して、電磁スイッチ３の吸引力を棒状部７ｃに伝達する。
【００２０】
棒状部７ｃは、ヨーク８の内側で隣合う磁極９同士の間を通り抜けてアーマチャ軸１０ａと略平行に配設され、一組の軸受（図示せず）により回動自在に支持されている。
作動部７ｂには、ピニオン規制部材６が取り付けられており、電磁スイッチ３の吸引力が伝達部７ａから棒状部７ｃに伝達されて棒状部７ｃが回動すると、その棒状部７ｃと一体に回動してピニオン規制部材６を図２の上方へ押し上げる働きを有する。
【００２１】
次に、本発明の電磁スイッチ３について説明する。
電磁スイッチ３は、上記の第１固定接点１５及び第２固定接点１８に対向して第１可動接点１６及び第２可動接点１９を駆動する電磁ユニット３Ａ（図１参照）を有している。
この電磁ユニット３Ａは、図２に示す様に、スタータ１の後部（モータ２の後側）に配置され、板バネ等のバンド（図示せず）により樹脂製の台座３２に固定されて、エンドカバー１３に覆われている。
【００２２】
電磁ユニット３Ａは、図１に示す様に、通電されて磁束を発生する励磁コイル３３と、この励磁コイル３３の周囲に磁束を通すために設けられる固定磁路（下述する）、励磁コイル３３の内径部に円筒スリーブ（図示せず）を介して挿入されるプランジャ３０、このプランジャ３０に連結されて第１可動接点１６を保持する接点保持手段（下述する）、及びプランジャ３０を図示下方へ付勢するリターンスプリング３４等より構成される。
【００２３】
固定磁路は、励磁コイル３３を内部に収容するスイッチケース３５と、このスイッチケース３５の開口部を閉塞するプレート部３６、及びプレート部３６と一体（別体でも良い）に設けられた固定鉄心３７とで形成され、その固定鉄心３７が励磁コイル３３の一端側内径部に配置されている。
プランジャ３０は、固定鉄心３７との間にエアギャップを有して配置され、そのエアギャップを介して固定磁路と共に磁気回路を形成している。プランジャ３０の反鉄心側端面には、上記のフック部３１が圧入等により固定されている。
【００２４】
接点保持手段は、フック部３１と共にプランジャ３０の反鉄心側端面に固定されるフランジ部３８と、このフランジ部３８に支持されるホルダ部３９とで構成される。
フランジ部３８は、一定の幅を有する金属板を略コの字状に折り曲げて形成され、スイッチケース３５の径方向両外側を軸線方向（図１の上下方向）に沿って配置される一組の腕部を有している。この一組の腕部は、両者の間隔が異なる第１腕部３８ａと第２腕部３８ｂとを有している。
【００２５】
第１腕部３８ａは、プランジャ３０の反鉄心側端面に固定される固定部の両端から図示上方に折り曲げられた部分で、両者の間隔がスイッチケース３５の外径と略同等（若干大きい）に設定されている。この第１腕部３８ａは、プランジャ３０が励磁コイル３３の内径部を往復動する際に、スイッチケース３５の外周面をガイド面として摺接する。
第２腕部３８ｂは、第１腕部３８ａの上方に延びてホルダ部３９に連結される部分で、両者の間隔が第１腕部３８ａ同士の間隔より大きく設定されている。
【００２６】
ホルダ部３９は、例えば絶縁性を有する樹脂製であり、図１に示す様に、第２腕部３８ｂの先端部に係合してプレート部３６の図示上方に配置され、接点圧スプリング４０と共に第１可動接点１６を保持している。接点圧スプリング４０は、第１可動接点１６を図示上方へ付勢しており、第１接点部ＡがONした時に、第１可動接点１６に対し接点圧を付与する。
【００２７】
リターンスプリング３４は、励磁コイル３３への通電が停止した時に、接点保持手段を介してプランジャ３０を反鉄心方向（図１の下方）へ押し戻す働きを有し、スイッチケース３５の外側に配置されている。具体的には、図１に示す様に、スイッチケース３５と第２腕部３８ｂとの間に形成される空間に配置され、スプリング３４の上端がスイッチケース３５の径方向外側に突き出たプレート部３６に支持され、スプリング３４の下端が第２腕部３８ｂに設けられたスプリング受け部３８ｃに支持されている。また、スプリング３４の内径は、スイッチケース３５の外周面に規制され、スプリング３４の外径は、第２腕部３８ｂに規制されている。
【００２８】
次に、スタータ１の作動を説明する。
IGスイッチ４１（図３参照）を閉じる（ON操作する）と、車載バッテリ１７から電磁スイッチ３の励磁コイル３３に電流が流れて磁気回路に磁束が発生し、固定鉄心３７とプランジャ３０との間に吸引力が作用する。これにより、プランジャ３０が固定鉄心３７側へ吸引されて、リターンスプリング３４を撓ませながら図２の上方へ移動する。このプランジャ３０の移動に伴いクランクバー７が回動すると、ピニオン規制部材６が図２の上方へ移動し、大径部２８の凹部に係合してピニオン５の回転を規制する。
【００２９】
一方、プランジャ３０が吸引されて移動することにより、先に第２接点部ＢがONする（第２可動接点１９が第２固定接点１８に当接する）。その結果、バッテリ電流が抑制されてアーマチャ１０に流れることにより、アーマチャ１０が低速度で回転する。
アーマチャ１０の回転は、減速装置で減速された後、一方向クラッチを介して出力軸４に伝達され、出力軸４を回転させる。この出力軸４の回転により、ピニオン規制部材６に回転規制されているピニオン５がヘリカルスプラインの作用で出力軸４上を移動する。
【００３０】
ピニオンギヤ５ａがリングギヤに噛み合うと、ピニオン規制部材６が大径部２８の凹部から外れて後退規制リング２９の後側に入り込むことにより、ピニオン５の回転規制を解除すると共にピニオン５の後退を防止する。
その後、更にプランジャ３０が移動して第１接点部ＡがONする（第１可動接点１６が第１固定接点１５に当接する）と、第２接点部Ｂが短絡されてアーマチャ１０に高電流が流れるため、アーマチャ１０が高速で回転し、その回転力がピニオンギヤ５ａからリングギヤに伝達されてエンジンをクランキングさせる。
【００３１】
以後、エンジンが始動してIGスイッチ４１を開く（OFF 操作する）と、電磁スイッチ３の励磁コイル３３に流れる電流が遮断されて磁束が消滅するため、プランジャ３０がリターンスプリング３４の反力で初期位置に押し戻される。このプランジャ３０の移動に伴い、クランクバー７が始動時と反対方向に回動してピニオン規制部材６が後退規制リング２９の後側から抜け出ることにより、ピニオン５の後退規制が解除され、ピニオンスプリング２７の付勢力とリングギヤから受ける後退力とでピニオン５が出力軸４上を後退し、図２に示す静止位置に復帰する。
【００３２】
（第１実施例の効果）
本実施例の電磁スイッチ３は、リターンスプリング３４がスイッチケース３５の外側に配置されるので、固定鉄心３７とプランジャ３０とにスプリング受け部（段差部）を設ける必要がない。これにより、固定鉄心３７とプランジャ３０との対向面積が減少することはなく、リターンスプリング３４が励磁コイル３３の内側に配置される従来の構成と比較すると、プランジャ３０が固定鉄心３７に吸着された時の吸着面積を大きくでき、吸着力が増大する。一方、吸着力を基準に設計すると、従来より励磁コイル３３の外径を小さくでき、電磁スイッチ３の小型化を図ることができる。
【００３３】
また、リターンスプリング３４は、スイッチケース３５と第２腕部３８ｂとの間に配置されるので、リターンスプリング３４の内径がスイッチケース３５により規制され、リターンスプリング３４の外径が第２腕部３８ｂにより規制されて、リターンスプリング３４のガタツキが防止される。この場合、リターンスプリング３４の内外径規制を行うために別部品を設ける必要がないので、部品点数が増加することもなく、リターンスプリング３４の組み付けを容易に行うことができる。
更に、本実施例の電磁スイッチ３は、プランジャ３０を貫通するロッドを持たないので、ロッドの摺動ギャップを必要とせず、がたつきの少ない安定した動作が可能となる。
【００３４】
（第２実施例）
図４はスイッチケース３５とプランジャ３０の斜視図である。
本実施例の電磁スイッチ３は、励磁コイル３３、固定磁路（スイッチケース３５、プレート部３６、固定鉄心３７）、及びプランジャ３０の断面形状を、それぞれ略長円形状に設けた一例である。
また、スイッチケース３５は、励磁コイル３３の外周を囲む周壁部の短径方向に略平行な平面部３５ａが形成されている。
【００３５】
プランジャ３０に固定されたフランジ部３８は、一組の腕部（第１腕部３８ａと第２腕部３８ｂ）がスイッチケース３５の短径方向両外側に配置され、第１腕部３８ａがスイッチケース３５の平面部３５ａをガイド面として軸線方向に可動する。また、リターンスプリング３４は、スイッチケース３５の外形に合わせて略長円形状に設けられ、第１実施例と同様に、スイッチケース３５の外側（第２腕部３８ｂとの間）に配置されている。
【００３６】
この第２実施例おいても、プランジャ３０が固定鉄心３７に吸着された時の吸着面積を大きくでき、吸着力が増大する。また、リターンスプリング３４が、スイッチケース３５とフランジ部３８（第２腕部３８ｂ）との間に配置されるので、リターンスプリング３４のガタツキを防止できる。
【００３７】
（変形例）
第１実施例に記載したスタータ１は、モータ２の通電回路に第１接点部Ａと第２接点部Ｂとを設けて、モータ２を二段階に起動する構成であるが、接点部を一つにして、モータ２の起動を一度で行う様にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁スイッチ（電磁ユニット）の断面図である（第１実施例）。
【図２】スタータの断面図である。
【図３】スタータの電気回路図である。
【図４】スイッチケースとプランジャの斜視図である（第２実施例）。
【符号の説明】
１ スタータ
２ モータ
３ 電磁スイッチ
４ 出力軸
５ ピニオン
６ ピニオン規制部材
７ クランクバー（伝達部材）
１３ エンドカバー
１５ 第１固定接点
１６ 第１可動接点
１８ 第２固定接点
１９ 第２可動接点
３０ プランジャ
３３ 励磁コイル
３４ リターンスプリング
３５ スイッチケース
３７ 固定鉄心
３８ フランジ部（接点保持手段）
３９ ホルダ部（接点保持手段）

Claims (4)

1. モータの通電回路に接続される固定接点に対向して可動接点を駆動する電磁スイッチであって、
   通電されて磁束を発生する励磁コイルと、
   この励磁コイルの少なくとも周囲を覆うスイッチケースと、
   前記励磁コイルの一端側内径部に配置される固定鉄心と、
   前記励磁コイルの内径部に前記固定鉄心と対向して挿入され、前記励磁コイルへの通電時に前記固定鉄心側へ吸引されるプランジャと、
   このプランジャを反鉄心方向へ付勢するリターンスプリングと、
   前記スイッチケースの外側を軸線方向に沿って移動可能に配置されると共に、前記プランジャに連結されて前記可動接点を保持する接点保持手段とを備え、
   前記リターンスプリングは、前記スイッチケースの外側で且つ前記接点保持手段との間に前記スイッチケースと同軸線上に配置され、前記励磁コイルへの通電が停止した時に、前記接点保持手段を介して前記プランジャを反鉄心方向へ押し戻すことを特徴とするスタータ用電磁スイッチ。
2. 請求項１に記載した電磁スイッチにおいて、
   前記リターンスプリングは、前記スイッチケースと前記接点保持手段との間に配置されていることを特徴とするスタータ用電磁スイッチ。
3. 回転力を発生するモータと、
   このモータに駆動されて回転する出力軸と、
   この出力軸上にヘリカルスプライン嵌合するピニオンと、
   前記モータの軸方向反ピニオン側に配置される請求項１または２に記載した電磁スイッチと、
   前記ピニオンに係合して前記ピニオンの回転を規制するピニオン規制部材と、
   前記電磁スイッチに内蔵されるプランジャに係合して、そのプランジャの動きを前記ピニオン規制部材に伝達する伝達部材とを備え、
   前記ピニオン規制部材に回転規制された前記ピニオンを前記ヘリカルスプラインの作用により反モータ方向へ移動させてエンジンのリングギヤに噛み合わせる方式のスタータ。
4. 請求項３に記載したスタータにおいて、
   前記電磁スイッチの外周がエンドカバーによって覆われていることを特徴とするスタータ。

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