JP4305422B2 - スタータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受を介してハウジングに回転自在および軸方向に摺動自在に支持されるピニオン軸と、このピニオン軸の端部に配置されるピニオンとを有し、エンジン始動時にピニオン軸をエンジン側へ移動させて、ピニオンをエンジンのリングギヤに噛み合わせる方式のスタータに関する。

従来技術として、特許文献１に記載されたスタータが知られている。
このスタータは、モータに駆動される出力軸の外周にクラッチを介して連結される筒状のピニオン軸を有し、このピニオン軸が、ハウジングに形成された軸孔の内周に軸受を介して回転自在及び軸方向に摺動自在に支持されている。軸受よりエンジン側に突き出るピニオン軸の端部には、ピニオンがスプライン結合され、ピニオン軸に対しＥクリップによって抜け止めされている。
エンジン始動時には、ピニオン軸が出力軸上をエンジン側へ移動して、ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合わされ、クラッチを介してピニオン軸に伝達される回転力がピニオンからリングギヤに伝達されてエンジンをクランキングする。
特開２０００−９００３号公報

ところで、ピニオン軸が軸受の内周を軸方向に移動し、且つピニオン軸の端部がハウジングの外側（軸受よりエンジン側）に取り出されている構成では、ハウジングの外側から軸受とピニオン軸との摺動隙間を通って異物が侵入する可能性がある。これに対し、上記のスタータでは、軸受のピニオン側にシール部材（例えばオイルシール）を配置して、このシール部材の内周がピニオン軸の外周面に摺接することにより、異物の侵入を防止している。

しかし、ピニオンには、周方向に隣合う歯と歯の間に隙間があり、且つピニオンの外周とハウジングの内周との間にも隙間があるため、この隙間を通ってピニオンとシール部材との間に異物が侵入する恐れがある。このため、大量のダスト等がピニオンとシール部材との間に侵入すると、例えば、ピニオンがリングギヤから離脱して戻る時に、そのピニオンによって大量のダストがシール部材に押し付けられるため、シール性能に悪影響を与えることがある。最悪の場合には、シール部材が損傷（例えば、オイルシールのリップ部が損傷）してシール性能が大きく低下し、その結果、スタータの内部に異物が侵入することが懸念される。
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、ピニオンとシール部材との間に侵入する異物を低減してシール部材の損傷を防止することにより、シール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、ハウジングの端部に軸受を介して回転自在及び軸方向に摺動自在に支持されると共に、モータの回転がクラッチを介して伝達されるピニオン軸と、軸受よりハウジングの外側へ突き出るピニオン軸の前端部に支持され、ピニオン軸と一体に回転すると共に、ピニオン軸の前端部の外周に軸方向へ移動自在に嵌合して、ピニオン軸との間に配置される弾性部材によってピニオン軸の先端方向へ付勢され、ピニオン軸の先端部に設けられたストッパに当接して位置決めされるピニオンと、軸受のピニオン側に配置されてハウジングに固定され、ピニオン軸の外周面に摺接するシール部材とを備え、エンジン始動時にピニオン軸をエンジン側へ押し出してピニオンを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って、ハウジングは、シール部材の反軸受側でシール部材の外周部を支持する環状の先端壁部を有し、ピニオンは、軸方向の反エンジン側端部に、周方向に隣合う歯と歯の間を塞ぐ遮蔽部が設けられて、ピニオン軸が静止状態の時に、遮蔽部が先端壁部の内周に入り込み、遮蔽部の外周と先端壁部の内周とが軸方向に所定長さだけ重なっており、且つ、ピニオンの反エンジン側端部の内周には、弾性部材を配置するために内径が拡大された拡大内径部が設けられると共に、この拡大内径部の径方向外側に遮蔽部が設けられ、ピニオン軸は、ピニオンが嵌合する前端部の外径が、軸受に支持される本体軸部の外径より小さく設けられて、前端部と本体軸部との間で径方向に段差（径方向段差と呼ぶ）が形成され、遮蔽部が設けられるピニオンの反エンジン側端面（後端面と呼ぶ）には、外径側より内径側の方がピニオンの軸方向長さが短くなる様に、外径側と内径側との間で軸方向に段差（軸方向段差と呼ぶ）が形成されると共に、この軸方向段差の内径が本体軸部の外径より若干大きく設けられ、外径側の後端面が、ピニオン軸に形成された径方向段差より反エンジン側に位置して、軸方向段差と本体軸部とが軸方向に重なっていることを特徴とする。

上記の構成によれば、ピニオンの歯と歯の間を通ってピニオンとシール部材との間に異物が侵入することを防止できる。つまり、ピニオンの反エンジン側端部に設けられた遮蔽部が周方向に隣合う歯と歯の間を塞いでいるので、ピニオンとシール部材との間に異物が侵入可能な経路を大幅に制限できる。その結果、ピニオンとシール部材との間に大量の異物が侵入する可能性が低くなるため、異物によってシール部材が損傷することを防止でき、シール性能を維持できるので、スタータ内部への異物の侵入を抑制できる。
また、ピニオン軸が静止状態の時、つまりスタータが停止状態の時に、ピニオンの反エンジン側端部に設けられた遮蔽部とハウジングの先端壁部とが軸方向に重なるため、ピニオンとシール部材との間に異物が侵入できる隙間を小さくでき、大量の異物がシール部材まで到達することを抑制できる。
さらに、ピニオン軸に嵌合するピニオンの内径からピニオンの歯底までの肉厚が、拡大内径部を設けた部分だけ薄くなるため、遮蔽部の無い従来のピニオンであれば、拡大内径部を設けることで強度低下を招く恐れがある。これに対し、本発明では、拡大内径部の径方向外側に遮蔽部が設けられているので、遮蔽部を含めた肉厚を厚く設定できるので、上記の強度低下を防止できる。また、強度確保のために防炭処理等を実施する必要もなく、生産性を向上できる。
また、ピニオンの内径に拡大内径部を設けた場合、必然的にピニオンとピニオン軸との嵌合長さが短くなるため、その分、ピニオン軸に対してピニオンが傾き易くなる。これに対し、本発明では、遮蔽部が設けられるピニオンの後端面に軸方向段差が形成され、この軸方向段差とピニオン軸の本体軸部とが軸方向に重なっているため、ピニオンの傾きを抑制できる。つまり、ピニオンが傾いた場合に、軸方向段差の内周が本体軸部の外周に当接することで、それ以上のピニオンの傾きを防止できる。従って、軸方向段差の内周と本体軸部の外周との間の隙間を小さく設定すれば、ピニオンの傾きを小さく抑えることができるので、ピニオンとリングギヤとの噛み合い性の向上が期待できる。

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（ａ）は、スタータ１をピニオン側から見た軸方向正面図、同図（ｂ）は、スタータ１の一部断面を含む全体側面図である。
実施例１に示すスタータ１は、回転力を発生するモータ２と、このモータ２に駆動されて回転する出力軸３と、この出力軸３と同芯に配置されるピニオン軸４と、このピニオン軸４の前端部４ａ（反モータ側の端部）に支持されるピニオン５と、出力軸３の回転をピニオン軸４に伝達するクラッチ６と、モータ２の通電回路に接続されるメイン接点（図示せず）を開閉すると共に、シフトレバー７を介してクラッチ６を反モータ方向（図１（ｂ）の左方向）へ押し出す働きを有する電磁スイッチ８等より構成される。

モータ２は、ヨークの内周に永久磁石あるいは界磁コイルを配置して構成される界磁（図示せず）と、この界磁の内側に回転自在に支持される電機子（図示せず）とを有し、この電機子に作用する電磁力によって電機子に回転力を発生する直流電動機である。
出力軸３は、モータ２の電機子軸（図示せず）と同一軸線上に配置され、その電機子軸に減速装置（図示せず）を介して連結されている。
減速装置は、例えば、周知の遊星歯車減速機であり、電機子軸の回転を遊星歯車の公転速度まで減速して出力軸３に伝達する。なお、減速装置を持たない構成として、電機子軸と出力軸３とを直結しても良い。

ピニオン軸４は、ピニオン５を支持する前端部４ａより後方側が円筒形状に設けられ、その円筒形状の内周面に圧入された軸受９（図２（ｂ）参照）を介して出力軸３の外周に相対回転自在及び軸方向に摺動自在に嵌合すると共に、円筒形状の外周面がハウジング１０に保持された軸受１１（例えばボールベアリング）を介して回転自在及び軸方向に摺動自在に支持されている。このピニオン軸４は、図２（ｂ）に示す様に、ピニオン５を支持する前端部４ａの外径が、円筒形状に形成された本体軸部４ｂの外径より小さく設けられ、前端部４ａと本体軸部４ｂとの間で径方向に段差（以下、径方向段差４ｃと呼ぶ）が形成されている。

ピニオン５は、軸受１１よりハウジング１０の外側へ突き出るピニオン軸４の前端部４ａにセレーション嵌合して軸方向に移動可能に取り付けられると共に、ピニオン軸４との間に配置されるスプリング１２によってピニオン軸４の前方へ付勢され、ピニオン軸４の先端部に取り付けられたクリップ１３（本発明のストッパ）にピニオン５の前端が当接して位置決めされている。
スプリング１２は、図２（ｂ）に示す様に、ピニオン５の内周後端部に凹設されたスプリング室１４に収容され、そのスプリング室１４の軸方向前端面と、ピニオン軸４に形成された径方向段差４ｃとの間に圧縮された状態で組み付けられている。

上記のピニオン５には、軸方向の後端部（反エンジン側端部）に遮蔽部１５が設けられている。この遮蔽部１５は、図２（ａ）に示す様に、ピニオン５の周方向に隣合う歯と歯の間を全周に渡って塞ぐものであり、例えば、冷鍛加工によってピニオン５と一体に形成される。なお、遮蔽部１５の外径は、ピニオン５の歯先円の外径と略同じ、あるいはそれ以上に設けられる。
また、ピニオン５の後端面（反エンジン側の端面）には、図２（ｂ）に示す様に、遮蔽部１５が設けられた外径側より内径側の方がピニオン５の軸方向長さが短くなる様に、外径側と内径側との間で軸方向に段差（以下、軸方向段差５ａと呼ぶ）が形成されている。この軸方向段差５ａの内径は、ピニオン軸４の本体軸部４ｂの外径より若干（１〜２ｍｍ程度）大きく設けられ、且つ外径側の後端面が、ピニオン軸４に形成された径方向段差４ｃより反エンジン側（図示右側）に位置している。つまり、ピニオン５の軸方向段差５ａとピニオン軸４の本体軸部４ｂとが軸方向に数ｍｍ程、重なっている。

クラッチ６は、ピニオン軸４の後端部に組み付けられると共に、出力軸３の外周に形成された雄ヘリカルスプライン３ａに噛み合っている。このクラッチ６は、出力軸３からピニオン軸４へのトルク伝達を許容し、ピニオン軸４から出力軸３へのトルク伝達を遮断する一方向クラッチ６として構成されている。
電磁スイッチ８は、図示しない始動スイッチの閉操作によってバッテリから通電される励磁コイル（図示せず）と、この励磁コイルの内側を往復動自在に可動するプランジャ１６（図１（ｂ）参照）とを有し、励磁コイルへの通電によって電磁石が形成されると、その電磁石にプランジャ１６が吸引されて、モータ２のメイン接点を閉操作する。また、励磁コイルへの通電が停止して電磁石の吸引力が消滅すると、図示しないリターンスプリングの反力によりプランジャ１６が押し戻されて、メイン接点を開操作する。

シフトレバー７は、図１（ｂ）に示す様に、ハウジング１０に回動自在に支持されるレバー支点部７ａを有し、このレバー支点部７ａより一端側のレバー端部７ｂが電磁スイッチ８のプランジャ１６に連結され、レバー支点部７ａより他端側のレバー端部７ｃがクラッチ６に係合して、プランジャ１６の動きをクラッチ６に伝達する。つまり、プランジャ１６が電磁石に吸引されて図１（ｂ）の右方向へ移動すると、プランジャ１６に連結されたレバー端部７ｂがプランジャ１６に引かれて移動することにより、クラッチ６に係合するレバー端部７ｃがレバー支点部７ａを中心に揺動して、クラッチ６及びピニオン軸４を反モータ方向（図示左方向）へ押し出す働きを有する。

モータ２と電磁スイッチ８が固定されるハウジング１０には、エンジン側への取付け面１０ａ（図１参照）が形成されると共に、この取付け面１０ａより前方（エンジン側）へ筒状に延びるノーズ部１０ｂが設けられ、このノーズ部１０ｂの先端部内周に前記軸受１１が配置される。また、軸受１１のピニオン５側には、シール部材１７が配置され、ノーズ部１０ｂの先端壁部１０ｃと軸受１１との間に挟持されている。シール部材１７は、例えば、オイルシールであり、ゴム製のリップ部がピニオン軸４（本体軸部４ｂ）の外周面に摺接することにより、外部からの異物の侵入を防止している。なお、ノーズ部１０ｂの先端壁部１０ｃは、図２（ｂ）に示す様に、シール部材１７の反軸受側に回り込んで、シール部材１７の外周部を支持している。また、先端壁部１０ｃの内径は、ピニオン５に設けられた遮蔽部１５の外径より若干（例えば１〜２ｍｍ）、大きく形成されている。

ところで、上記のピニオン５は、ピニオン軸４が静止状態の時、つまり図１（ｂ）に示すスタータ１が停止状態の時に、ノーズ部１０ｂの先端壁部１０ｃの内周にピニオン５の遮蔽部１５が入り込んでいる。つまり、遮蔽部１５の外周と先端壁部１０ｃの内周とが軸方向に所定長さだけ重なっている。この時、遮蔽部１５の後端面がシール部材１７に当接することはなく、図２（ｂ）に示す様に、両者間に所定の隙間が確保されている。

次に、スタータ１の作動を説明する。
始動スイッチの閉操作により、電磁スイッチ８の励磁コイルに通電されて電磁石が形成されると、その電磁石にプランジャ１６が吸引されて、図１（ｂ）の右方向へ移動する。このプランジャ１６の移動がシフトレバー７を介してクラッチ６に伝達されると、クラッチ６とピニオン軸４とが一体に出力軸３上を反モータ方向へ移動して、ピニオン軸４に支持されたピニオン５の端面がリングギヤ（図示せず）の端面に当接する。
一方、プランジャ１６の移動によってモータ２のメイン接点が閉じると、バッテリからモータ２に給電されて、電機子に回転力が生じる。この電機子の回転が減速装置で減速されて出力軸３に伝達され、更に、出力軸３からクラッチ６を介してピニオン軸４に伝達されると、ピニオン５がリングギヤに噛み合い可能な位置まで回転してリングギヤに噛み合うことにより、ピニオン５からリングギヤに回転力が伝達されて、エンジンをクランキングする。

クランキングからエンジンが始動して、始動スイッチが開操作されると、励磁コイルへの通電停止により吸引力が消滅するため、リターンスプリングの反力でプランジャ１６が押し戻される。その結果、モータ２のメイン接点が開くことで、バッテリからモータ２への通電が停止されて、電機子の回転が停止する。
また、プランジャ１６が押し戻されると、エンジン始動時と反対方向にシフトレバー７が揺動するため、クラッチ６とピニオン軸４とが一体に出力軸３上を後退して、図１（ｂ）に示す停止位置まで移動する。

（実施例１の効果）
実施例１に記載したスタータ１は、ピニオン５の後端部に遮蔽部１５が設けられ、この遮蔽部１５によってピニオン５の周方向に隣合う歯と歯の間が塞がれているため、ピニオン５の歯と歯の間を通ってピニオン５とシール部材１７との間に異物が侵入することを防止できる。特に、ピニオン軸４が静止状態の時、つまりスタータ１が停止状態の時には、ピニオン５の遮蔽部１５とハウジング１０の先端壁部１０ｃとが軸方向に重なるため、ピニオン５とシール部材１７との間に異物が侵入できる隙間を小さくでき、異物がシール部材１７まで到達することを抑制できる。これにより、ピニオン５とシール部材１７との間に大量の異物が侵入する可能性が低くなるため、異物によってシール部材１７が損傷することを防止できる。その結果、シール部材１７のシール性能が低下することはなく、ハウジング１０内部への異物の侵入を抑制できる。

また、ピニオン５の外径（歯先円の外径）に拘束されることなく、遮蔽部１５の外径を任意に設定できるため、遮蔽部１５の外周とハウジング１０の先端壁部１０ｃの内周との隙間を出来る限り小さくすることが可能であり、外部からの異物の侵入を更に抑制できる。
ピニオン５の遮蔽部１５は、ピニオン５を冷鍛加工によって製造する際に一体形成が可能であるため、部品点数を増加することなく、ピニオン５に遮蔽部１５を設けることができる。但し、冷鍛加工によってピニオン５と一体に遮蔽部１５を形成することが限定される訳ではなく、ピニオン５と遮蔽部１５とを別体に製造した後、ピニオン５に遮蔽部１５を取り付けることもできる。

実施例１では、ピニオン５の内周後端部にスプリング室１４が凹設されているため、遮蔽部１５の無い従来のピニオンであれば、スプリング室１４を設けた部分の肉厚が薄くなり、強度低下を招く恐れがある。これに対し、実施例１に記載したピニオン５では、スプリング室１４の径方向外側に遮蔽部１５を設けているため、遮蔽部１５を含めた肉厚を厚く設定でき、上記の強度低下を防止できる。また、強度確保のために防炭処理等を実施する必要もなく、生産性を向上できる効果もある。

更に、ピニオン５の内周後端部にスプリング室１４が凹設されると、必然的にピニオン５とピニオン軸４との嵌合長さが短くなるため、その分、ピニオン軸４に対してピニオン５が傾き易くなる。これに対し、実施例１では、遮蔽部１５が設けられるピニオン５の後端面に軸方向段差５ａが形成され、この軸方向段差５ａとピニオン軸４の本体軸部４ｂとが軸方向に重なっているため、ピニオン５の傾きを抑制することが可能である。つまり、ピニオン５が傾いた場合に、軸方向段差５ａの内周が本体軸部４ｂの外周に当接することで、それ以上のピニオン５の傾きを防止できる。従って、軸方向段差５ａの内周と本体軸部４ｂの外周との間の隙間を小さく設定すれば、ピニオン５の傾きを小さく抑えることができ、ピニオン５とリングギヤとの噛み合い性向上を期待できる。

図３スタータ１の要部拡大断面図である。
この実施例２は、実施例１に記載した遮蔽部１５の代わりに、ピニオン５と別体に設けられた遮蔽板１８を使用した一例を示す。
ピニオン５の後端面（反エンジン側の端面）には、ピニオン５の外径より大きい円板状の遮蔽板１８が密着して固定される。この遮蔽板１８は、外径部がハウジング１０のノーズ部１０ｂ側へ屈曲してリング形状に設けられている。このリング形状の部分を屈曲部１８ａと呼ぶ。
ハウジング１０のノーズ部１０ｂには、先端壁部１０ｃの前端面に環状溝１９が形成されている。この環状溝１９は、図３に示す様に、遮蔽板１８の屈曲部１８ａと凹凸嵌合できる位置及び形状を有している。

上記の構成によれば、ピニオン５の後端面に遮蔽板１８が固定されているので、ピニオン５の歯と歯の間を通ってピニオン５とシール部材１７との間に異物が侵入することを防止できる。特に、ピニオン軸４が静止状態の時、つまりスタータ１が停止状態の時には、図３に示す様に、遮蔽板１８の屈曲部１８ａがノーズ部１０ｂの先端壁部１０ｃに形成された環状溝１９の内部に入り込んでいるので、両者間の隙間をラビリンス構造に形成でき、外部から異物が入り難くなる。その結果、ピニオン５とシール部材１７との間に大量の異物が侵入することを抑制できるため、異物によってシール部材１７が損傷することを防止でき、ハウジング１０内部への異物の侵入を抑制できる。

（ａ）スタータをピニオン側から見た軸方向正面図、（ｂ）同スタータの一部断面を含む全体側面図である（実施例１）。 （ａ）ピニオンの軸方向正面図、（ｂ）スタータの要部拡大断面図である（実施例１）。 スタータの要部拡大断面図である（実施例２）。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
４ ピニオン軸
４ａ ピニオン軸の前端部
４ｂ ピニオン軸の本体軸部
４ｃ ピニオン軸の径方向段差
５ ピニオン
５ａ ピニオンの軸方向段差
６ クラッチ
１０ ハウジング
１０ｃ ハウジングの先端壁部
１１ 軸受
１２ スプリング（弾性部材）
１３ クリップ（ストッパ）
１４ スプリング室（拡大内径部）
１５ 遮蔽部
１７ シール部材
１８ 遮蔽板
１８ａ 屈曲部
１９ 環状溝

Claims (1)

1. ハウジングの端部に軸受を介して回転自在及び軸方向に摺動自在に支持されると共に、モータの回転がクラッチを介して伝達されるピニオン軸と、
   前記軸受より前記ハウジングの外側へ突き出る前記ピニオン軸の前端部に支持され、前記ピニオン軸と一体に回転すると共に、前記ピニオン軸の前端部の外周に軸方向へ移動自在に嵌合して、前記ピニオン軸との間に配置される弾性部材によって前記ピニオン軸の先端方向へ付勢され、前記ピニオン軸の先端部に設けられたストッパに当接して位置決めされるピニオンと、
   前記軸受のピニオン側に配置されて前記ハウジングに固定され、前記ピニオン軸の外周面に摺接するシール部材とを備え、
   エンジン始動時に前記ピニオン軸をエンジン側へ押し出して前記ピニオンを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って、
   前記ハウジングは、前記シール部材の反軸受側で前記シール部材の外周部を支持する環状の先端壁部を有し、
   前記ピニオンは、軸方向の反エンジン側端部に、周方向に隣合う歯と歯の間を塞ぐ遮蔽部が設けられて、前記ピニオン軸が静止状態の時に、前記遮蔽部が前記先端壁部の内周に入り込み、前記遮蔽部の外周と前記先端壁部の内周とが軸方向に所定長さだけ重なっており、且つ、前記ピニオンの反エンジン側端部の内周には、前記弾性部材を配置するために内径が拡大された拡大内径部が設けられると共に、この拡大内径部の径方向外側に前記遮蔽部が設けられ、
   前記ピニオン軸は、前記ピニオンが嵌合する前端部の外径が、前記軸受に支持される本体軸部の外径より小さく設けられて、前記前端部と前記本体軸部との間で径方向に段差（径方向段差と呼ぶ）が形成され、
   前記遮蔽部が設けられる前記ピニオンの反エンジン側端面（後端面と呼ぶ）には、外径側より内径側の方が前記ピニオンの軸方向長さが短くなる様に、前記外径側と前記内径側との間で軸方向に段差（軸方向段差と呼ぶ）が形成されると共に、この軸方向段差の内径が前記本体軸部の外径より若干大きく設けられ、前記外径側の後端面が、前記ピニオン軸に形成された径方向段差より反エンジン側に位置して、前記軸方向段差と前記本体軸部とが軸方向に重なっていることを特徴とするスタータ。

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