JP4200962B2 - スタータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転を減速してエンジンに伝達する減速型のスタータに関する。

従来技術として、特許文献１に開示されたスタータがある。
このスタータは、モータの電機子軸に形成されたピニオンに噛み合う第１の減速歯車と、この第１の減速歯車と同軸上に設けられて、第１の減速歯車と一体に回転する第２の減速歯車とを有し、この第２の減速歯車がスタータ駆動歯車に噛み合わされている。また、スタータ駆動歯車は、エンジンのクランク軸に固定されたボス部に一方向クラッチを介して連結されている。これにより、モータの回転がピニオンから第１の減速歯車に伝達されて減速され、更に第２の減速歯車により減速されてスタータ駆動歯車に伝達される。このスタータ駆動歯車の回転が一方向クラッチを介してクランク軸に伝達されることでエンジン始動が行われる。

ところが、上記のスタータは、第１の減速歯車と第２の減速歯車とを用いてモータの回転を二段階に減速しているが、この二段階の減速だけでは、エンジンの要求トルクが大きくなった場合に、スタータの出力トルクが不足する恐れがある。また、減速歯車のモジュールを変更することで減速比を高くすることも考えられるが、これでは、スタータの体格（特に径方向の体格）が大きくなるため、エンジンへの搭載性が悪化するという問題を生じる。

そこで、本出願人は、モータの回転を三段階に減速してエンジンに伝達するスタータを考案した。このスタータは、モータの回転を減速して駆動軸に伝達する遊星歯車減速装置と、駆動軸の回転を減速する第１の減速歯車と、この第１の減速歯車の回転を減速してエンジンのクランクギヤに伝達する第２の減速歯車とを有し、第１の減速歯車と第２の減速歯車との間に一方向クラッチを備えている。この構成によれば、モータの回転を三段階に減速することによって減速比を高く設定できるので、スタータの出力トルクが増大して、エンジン始動性が向上する。また、減速比を高めるために３つの減速手段を使用するので、特許文献１に記載されたスタータと比較して、スタータの体格が大型化することはなく、エンジンへの搭載性に優れる。
特開平１０−１２２１０７号公報

ところで、一方向クラッチの性能を十分に発揮するためには、アウタとインナとの間で回転力の伝達を断続するトルク伝達部材（例えば、ローラ、スプラグ等）が正常に機能する必要がある。つまり、一方向クラッチに偏荷重が作用すると、トルク伝達部材に傾きが生じて、安定したクラッチ性能を維持できなくなる恐れがある。
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、モータの回転を三段階に減速する減速手段を備えると共に、安定したクラッチ性能を維持できるスタータを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、回転力を発生するモータと、このモータの電機子軸と同一軸上に配置される駆動軸と、モータの電機子軸と駆動軸との間に設けられ、モータの回転を減速して駆動軸に伝達する遊星歯車減速装置と、駆動軸の外周に嵌合する円筒状に設けられると共に、軸方向の一部に外歯車が形成され、駆動軸と一体に回転するスタータギヤと、駆動軸と平行に配置される中間軸と、この中間軸に回転自在に支持されると共に、外歯車に噛み合ってスタータギヤの回転を減速する第１の減速歯車と、中間軸上に一方向クラッチを介して配置され、第１の減速歯車の回転を減速してエンジンのクランクギヤに伝達する第２の減速歯車とを備え、この第２の減速歯車は、歯と歯の間の歯溝が歯幅の一端から他端まで貫通して形成されており、一方向クラッチは、第１の減速歯車の回転を第２の減速歯車に伝達するトルク伝達部材を有し、このトルク伝達部材の軸方向中心位置と第２の減速歯車の歯幅の軸方向中心位置とが軸方向に一致する様に構成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、遊星歯車減速装置と第１の減速歯車および第２の減速歯車によりモータの回転を三段階に減速することによって減速比を高く設定できるので、スタータの出力トルクを十分に確保でき、エンジン始動性が向上する。また、減速比を高めるために三段階に減速しているので、特許文献１に記載されたスタータと比較して、スタータの体格が大型化することなく、エンジンへの搭載性に優れる。

さらに、一方向クラッチは、トルク伝達部材の軸方向中心位置と第２の減速歯車の歯幅の軸方向中心位置とが軸方向に一致する様に構成されているので、一方向クラッチを介して第１の減速歯車の回転が第２の減速歯車に伝達される際に、トルク伝達部材の傾きを小さく、あるいは無くすことができる。その結果、安定したクラッチ性能を維持でき、第１の減速歯車の回転を効率良く第２の減速歯車に伝達できる。また、トルク伝達部材の傾きが小さく、あるいは無くなることで、トルク伝達部材およびクラッチ面の偏摩耗が減少するため、一方向クラッチの寿命が向上すると共に、異音防止の効果もある。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、一方向クラッチは、第２の減速歯車の内径側に配置されて、第１の減速歯車と一体に回転するインナ部と、トルク伝達部材を介してインナ部の回転が伝達されるアウタ部とを有し、インナ部とアウタ部とがトルク伝達部材の軸方向両側に配設される一組の軸受を介して相対回転可能に設けられていることを特徴とする。一方向クラッチを第２の減速歯車の内径側に配置することにより、トルク伝達部材の軸方向中心位置を第２の減速歯車の歯幅の軸方向中心位置に合わせることが容易にできる。

（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、一方向クラッチのトルク伝達部材は、スプラグ、カム、ローラ、コイルスプリング、多板の何れか一つであることを特徴とする。本発明のスタータは、トルク伝達部材として、限定された特定の部品を使用する必要はなく、上記複数の部品（スプラグ、カム、ローラ、コイルスプリング、多板）から幅広く選択できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はスタータ１の半断面図、図２はフロント側から見たスタータ１の正面図である。 実施例１に示すスタータ１は、図１に示す様に、電機子２に回転力を発生するモータ３と、このモータ３の通電回路に設けられるモータ接点（図示せず）を開閉する電磁スイッチ４と、電機子２の回転軸（電機子軸２ａと呼ぶ）と同一軸上に配置された駆動軸５と、モータ３の回転を減速して駆動軸５に伝達する遊星歯車減速装置６と、駆動軸５の外周に係合して駆動軸５と一体に回転するスタータギヤ７と、このスタータギヤ７の回転を減速する第１の減速歯車８と、この第１の減速歯車８の回転を減速してエンジンのクランクギヤ９に伝達する第２の減速歯車１０と、第１の減速歯車８と第２の減速歯車１０との間に設けられるクラッチ１１（後述する）等より構成される。

モータ３は、磁束を発生する界磁と、整流子１２を有する前記電機子２、および整流子１２上に配置されるブラシ１３等を備える周知の直流電動機であり、電磁スイッチ４によりモータ接点が閉じると、バッテリ（図示せず）から給電されて電機子２に回転力を発生する。
界磁は、磁気回路を形成するヨーク１４の内周に複数の永久磁石１５を配置して構成される。なお、永久磁石１５の代わりに界磁巻線を用いることもできる。ヨーク１４は、スタータ１の前側（図１の左側）を覆うフロントハウジング１６と、モータ３の後部を覆うエンドフレーム１７との間に配置されて、モータ３の機枠を兼ねている。

電磁スイッチ４は、例えば、運転者が手動操作する始動スイッチ（図示せず）の閉操作によってバッテリから通電される励磁コイルと、この励磁コイルが発生する磁力を受けて作動するプランジャと、このプランジャと一体に、またはプランジャの動きに連動して可動する可動接点と、２本の外部端子１８、１９（図１参照）を介してモータ３の通電回路に接続される一組の固定接点等を内蔵し、可動接点が一組の固定接点に当接して、両固定接点間を導通することでモータ接点が閉状態となり、可動接点が一組の固定接点から離れて、両固定接点間の導通が遮断されることでモータ接点が開状態となる。

遊星歯車減速装置６は、電機子軸２ａに形成されたサンギヤ２０と、衝撃吸収装置２１を介して回転規制されたインターナルギヤ２２と、両ギヤ２０、２２に噛み合う複数の遊星ギヤ２３とを有し、この遊星ギヤ２３が軸受を介して支持ピン２４に回転自在に支持され、その支持ピン２４が、駆動軸５と一体に設けられたキャリア２５に固定されている。この遊星歯車減速装置６では、電機子２の回転がサンギヤ２０を介して遊星ギヤ２３に伝達されると、その遊星ギヤ２３が回転（自転運動）しながらサンギヤ２０の周囲を公転運動することで、電機子２の回転がサンギヤ２０の公転速度まで減速されて、駆動軸５に伝達される。

衝撃吸収装置２１は、インターナルギヤ２２に係合する回転ディスクを有し、この回転ディスクが固定ディスクを介して皿バネによりセンタプレート２６側（図１の左側）へ付勢され、センタプレート２６と固定ディスクとに摩擦係合して回転規制されている。なお、固定ディスクは、センタプレート２６に回転規制され、そのセンタプレート２６は、フロントハウジング１６の内周に係合して回転規制されている。この衝撃吸収装置２１では、回転ディスクの静止トルクを越える過大トルクがインターナルギヤ２２に加わると、回転ディスクが滑る（回転する）ことでインターナルギヤ２２の回転が許容されて、過大トルクを吸収することができる。

スタータギヤ７は、円筒形状を有し、その先端内周面に直スプライン７ａが形成され、その直スプライン７ａが、駆動軸５の先端外周面に形成された直スプライン５ａに噛み合って駆動軸５の外周に嵌合すると共に、スタータギヤ７の外周面が一組の軸受２７を介してフロントハウジング１６に回転自在に支持されている。このスタータギヤ７には、軸方向の一部に外歯車２８が形成され、この外歯車２８に第１の減速歯車８が噛み合っている。外歯車２８は、スタータギヤ７の軸方向先端側、具体的には、直スプライン７ａが形成されている軸方向範囲内に設けられている。

第１の減速歯車８は、駆動軸５と平行に配置された中間軸２９に軸受３０を介して回転自在に支持されている。この第１の減速歯車８は、スタータギヤ７の外歯車２８より直径が大きく設けられ、外歯車２８に噛み合って回転することで、スタータギヤ７の回転を減速する。
中間軸２９は、両端部がフロントハウジング１６に圧入等により固定されている。
第２の減速歯車１０は、第１の減速歯車８と同軸上に前記クラッチ１１を介して配設され、エンジンのクランクギヤ９に噛み合っている。この第２の減速歯車１０は、クラッチ１１を介して第１の減速歯車８と同一回転速度で回転するが、第１の減速歯車８より外径が小さく設けられることで、第１の減速歯車８の回転を減速してクランクギヤ９に伝達する。

クラッチ１１は、第１の減速歯車８と一体に回転するインナ部１１ａと、第２の減速歯車１０と一体に回転するアウタ部１１ｂ、およびインナ部１１ａとアウタ部１１ｂとの間に配設される複数のスプラグ１１ｃ（本発明のトルク伝達部材）等より構成され、第２の減速歯車１０の内径側に配置されている。
インナ部１１ａは、第１の減速歯車８のボス部８ａと一体に設けられ、そのボス部８ａから軸方向に延出して、反ボス部側の端部が中間軸２９に対し軸受３１を介して回転自在に支持されている。アウタ部１１ｂは、インナ部１１ａの径方向外側に配置され、第２の減速歯車１０の内周に固定されている。インナ部１１ａとアウタ部１１ｂは、スプラグ１１ｃの軸方向両側に配設された一組のボールベアリング３２を介して相対回転可能に設けられている。

このクラッチ１１は、スプラグ１１ｃを介してインナ部１１ａからアウタ部１１ｂにトルク伝達を行うと共に、アウタ部１１ｂからインナ部１１ａへのトルク伝達を遮断する一方向クラッチ１１として設けられている。従って、エンジンの始動により第２の減速歯車１０の回転速度が第１の減速歯車８の回転速度を上回った時は、スプラグ１１ｃが空転してアウタ部１１ｂからインナ部１１ａへのトルク伝達が遮断されることで、第２の減速歯車１０によって第１の減速歯車８が回されることを防止できる。
また、このクラッチ１１は、図１に示す様に、スプラグ１１ｃの軸方向中心位置Ｏｓが、第２の減速歯車１０の歯幅の軸方向中心位置Ｏｇと軸方向に一致する様に構成されている。

次に、スタータ１の作動を説明する。
電磁スイッチ４によりモータ接点が閉じて電機子２に給電されると、電機子２に回転力が発生し、その電機子２の回転が遊星歯車減速装置６で減速されて駆動軸５に伝達される。駆動軸５の回転は、スタータギヤ７の外歯車２８に噛み合う第１の減速歯車８によって減速され、さらに第２の減速歯車１０により減速されてクランクギヤ９に伝達される。
エンジンの始動により、クランクギヤ９に噛み合っている第２の減速歯車１０の回転速度が第１の減速歯車８の回転速度を上回ると、第１の減速歯車８と第２の減速歯車１０との間に配設されたクラッチ１１が切り離される（スプラグ１１ｃが空転する）ため、第２の減速歯車１０の回転が第１の減速歯車８に伝達されることはなく、エンジンの駆動トルクがモータ３側に伝わることを防止できる。

（実施例１の効果）
実施例１に記載したスタータ１は、遊星歯車減速装置６と第１の減速歯車８および第２の減速歯車１０によりモータ３の回転を三段階に減速しているので、減速比を高く設定できる。これにより、エンジンの要求トルクが大きくなった場合でも、スタータ１の出力トルクを十分に確保でき、エンジン始動性が向上する。また、遊星歯車減速装置６で減速された回転を更に第１の減速歯車８と第２の減速歯車１０とで減速しているので、第１の減速歯車８および第２の減速歯車１０を比較的小さく設計することが可能であり、特許文献１に記載されたスタータと比較して、スタータ１の体格が大型化することはなく、エンジンへの搭載性にも優れる。

さらに、クラッチ１１は、スプラグ１１ｃの軸方向中心位置Ｏｓと、第２の減速歯車１０の歯幅の軸方向中心位置Ｏｇとが軸方向に一致する様に構成されている。これにより、クラッチ１１を介して第１の減速歯車８の回転が第２の減速歯車１０に伝達される際に、トルク伝達部材であるスプラグ１１ｃの傾きを小さく、あるいは無くすことができる。その結果、安定したクラッチ性能を維持でき、第１の減速歯車８の回転を効率良く第２の減速歯車１０に伝達できる。また、スプラグ１１ｃの傾きが小さく、あるいは無くなることで、スプラグ１１ｃおよびクラッチ面（インナ部１１ａの外周面、アウタ部１１ｂの内周面）の偏摩耗が減少するため、クラッチ１１の寿命が向上すると共に、異音防止の効果も期待できる。

（変形例）
実施例１のスタータ１は、本発明のトルク伝達部材としてスプラグ１１ｃを使用しているが、スプラグ１１ｃ以外にも、例えば、カム、ローラ、コイルスプリング、多板等の何れか一つを用途に応じて選定できる。

スタータの半断面図である（実施例１）。 フロント側から見たスタータの正面図である（実施例１）。

符号の説明

１ スタータ
２ａ 電機子軸
３ モータ
５ 駆動軸
６ 遊星歯車減速装置
７ スタータギヤ
８ 第１の減速歯車（第１の減速装置）
９ クランクギヤ
１０ 第２の減速歯車（第２の減速装置）
１１ クラッチ（一方向クラッチ）
１１ａ インナ部
１１ｂ アウタ部
１１ｃ スプラグ（トルク伝達部材）
２８ 外歯車
２９ 中間軸
Ｏｓ スプラグの軸方向中心位置
Ｏｇ 第２の減速歯車の歯幅の軸方向中心位置

Claims (3)

1. 回転力を発生するモータと、
   このモータの電機子軸と同一軸上に配置される駆動軸と、
   前記モータの電機子軸と前記駆動軸との間に設けられ、前記モータの回転を減速して前記駆動軸に伝達する遊星歯車減速装置と、
   前記駆動軸の外周に嵌合する円筒状に設けられると共に、軸方向の一部に外歯車が形成され、前記駆動軸と一体に回転するスタータギヤと、
   前記駆動軸と平行に配置される中間軸と、
   この中間軸に回転自在に支持されると共に、前記外歯車に噛み合って前記スタータギヤの回転を減速する第１の減速歯車と、
   前記中間軸上に一方向クラッチを介して配置され、前記第１の減速歯車の回転を減速してエンジンのクランクギヤに伝達する第２の減速歯車とを備え、
   この第２の減速歯車は、歯と歯の間の歯溝が歯幅の一端から他端まで貫通して形成されており、
   前記一方向クラッチは、前記第１の減速歯車の回転を前記第２の減速歯車に伝達するトルク伝達部材を有し、このトルク伝達部材の軸方向中心位置と前記第２の減速歯車の歯幅の軸方向中心位置とが軸方向に一致する様に構成されてい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、
   前記一方向クラッチは、前記第２の減速歯車の内径側に配置されて、前記第１の減速歯車と一体に回転するインナ部と、前記トルク伝達部材を介して前記インナ部の回転が伝達されるアウタ部とを有し、前記インナ部と前記アウタ部とが前記トルク伝達部材の軸方向両側に配設される一組の軸受を介して相対回転可能に設けられ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、
   前記一方向クラッチのトルク伝達部材は、スプラグ、カム、ローラ、コイルスプリング、多板の何れか一つであることを特徴とするスタータ。
   

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