JP4957530B2 - スタータ - Google Patents

Description

本発明は、二組の遊星歯車減速機を有する減速型スタータに関する。

従来、モータの回転を減速する遊星歯車減速機を備え、この減速機の減速比を一段に固定した（減速比を変更できない）スタータが公知である（特許文献１参照）。
一段の減速比は、エンジンのフリクションが最も大きくなるスタータの最低使用温度条件（概ね−２０℃以下）における必要トルクから決められることが一般的である。このため、エンジンのフリクションが小さくなる常温での始動時には、モータの必要トルクが小さく、モータの性能曲線上の作動点が軽負荷側に移って出力が低下することにより、回転数が大きく上昇しない。

一方、エンジンの始動に要する時間は、スタータの始動回転数の影響を受け、回転数が高い程、始動時間を短縮できる。スタータの始動回転数が高くなると、始動時の車体振動が低減することにより、運転者の体感上の快適性が向上すると共に、排気ガス低減にも寄与できる。常温においてスタータの始動回転数を上げるためには、減速機の減速比を低温時より下げることが有効である。すなわち、減速比を二段に設定して、常温時と低温時とで減速比を切り替えることにより達成できる。
この減速比を二段に切り替えるための手段として、特許文献２、３に示される従来技術がある。
特開昭６１−２８７５６号公報 特開昭６１−２３６９５１号公報 特開昭６１−２８２６５０号公報

ところが、特許文献１に示される従来技術では、部品点数が多く、構造が複雑であるため、減速装置が大きくなり、小型化が要求されるスタータへの適用は困難である。また、減速比が低減速比＝１（入力軸と出力軸とが同回転数）と高減速比＝ｎ（但し、１０＜ｎ＜１）であって、低減速比＝１ではトルク不足となるため、常温でのエンジン始動にも適していない。
一方、特許文献２には、異なる減速比を有する二段の遊星歯車機構を設け、その遊星歯車機構のインターナルギヤを固定するために、インターナルギヤの外周をブレーキバンドにより締め付けて制動を掛ける方法が記載されている。

しかし、二つのインターナルギヤに対する制動および制動の解除を行うために２本のブレーキバンドが必要であり、その２本のブレーキバンドをどの様に操作するのか明らかでない。また、ブレーキバンドを操作するための駆動手段も開示されていないため、スタータへの適用は困難である。
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、二組の遊星歯車減速機を備えるスタータにおいて、簡素な駆動手段により減速比を切り替えることができると共に、低温時での良好なエンジン始動性を確保でき、且つ、常温時での始動時間を短縮できることにある。

（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上に並設され、異なる減速比を有する二組の遊星歯車減速機と、二組の減速機のうち、どちらか一方の減速機を選択して減速比を切り替える減速比切替手段と、この減速比切替手段により選択された減速機を介してモータの駆動トルクが伝達される出力軸と、この出力軸の外周に配置されるピニオンギヤとを備え、減速機により増幅されたモータの駆動トルクをピニオンギヤからエンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動させるスタータであって、減速比切替手段は、二組の減速機に用いられる二つのインターナルギヤの外周に同軸状に配設されて軸方向に移動可能に設けられ、且つ、二つのインターナルギヤのどちらか一方と機械的に係合して、その一方のインターナルギヤの回転を規制すると共に、他方のインターナルギヤの回転を許容するギヤ切替部材と、このギヤ切替部材を軸方向に移動させる駆動手段とを備え、駆動手段は、形状記憶合金から成る第１のスプリングと、通常のスプリング材から成る第２のスプリングとで構成され、ギヤ切替部材を挟んで軸方向の一端側に第１のスプリングが配置され、軸方向の他端側に第２のスプリングが配置されて、雰囲気温度の変化によって発生する両スプリングの荷重差によりギヤ切替部材を軸方向に駆動することを特徴とする。

本発明によれば、第１のスプリングが形状記憶合金により構成されているので、温度に応じて第１のスプリングの荷重が変化する。その結果、雰囲気温度の変化によって発生する第１のスプリングと第２のスプリングとの荷重差により、ギヤ切替部材を軸方向に駆動して、回転規制するインターナルギヤを選択的に切り替えることにより、低減速比と高減速比とを使い分けることができる。この場合、ギヤ切替部材を軸方向に駆動するための駆動手段を、部品点数の少ない簡素な構成で実現できる。また、第１のスプリングと第２のスプリングとの荷重差を利用してギヤ切替部材を軸方向に駆動するので、電気エネルギーを投入することなく、雰囲気温度の変化のみによって減速比を切り替えることができ、エンジン始動時に要するエネルギー消費量を低減できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、二つのインターナルギヤのうち、軸方向モータ側に配置される第１のインターナルギヤには、軸方向反モータ側の外周に凹凸部が形成され、軸方向反モータ側に配置される第２のインターナルギヤには、軸方向モータ側の外周に凹凸部が形成され、ギヤ切替部材の内周には、第１のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第１の凹凸部と、第２のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第２の凹凸部とが形成され、駆動手段により、ギヤ切替部材を軸方向モータ側へ移動させることで、第１の凹凸部が第１のインターナルギヤの凹凸部に係合して第１のインターナルギヤの回転が規制され、ギヤ切替部材を軸方向反モータ側へ移動させることで、第２の凹凸部が第２のインターナルギヤの凹凸部に係合して第２のインターナルギヤの回転が規制されることを特徴とする。

例えば、二つのインターナルギヤの軸方向反対側の外周にそれぞれ凹凸部が形成される場合、具体的には、第１のインターナルギヤの軸方向モータ側の外周と、第２のインターナルギヤの軸方向反モータ側の外周とにそれぞれ凹凸部が形成されると、ギヤ切替部材には、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを軸方向に離して形成する必要がある。つまり、二つのインターナルギヤを軸方向に跨いで、その軸方向両側に第１の凹凸部と第２の凹凸部とを形成するため、ギヤ切替部材の軸方向長さが長くなる。
これに対し、本発明では、第１のインターナルギヤと第２のインターナルギヤとが軸方向に向かい合う側の外周にそれぞれ凹凸部が形成されるので、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを軸方向に近接して形成することができ、ギヤ切替部材の軸方向長さを短くすることが可能である。

（請求項３の発明）
請求項２に記載したスタータにおいて、ギヤ切替部材は、第１の凹凸部と第２の凹凸部とが軸方向に連続して一体に設けられていることを特徴とする。
ギヤ切替部材に対し、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを一体に設けることにより、加工工数を低減でき、コスト低減に寄与できる。

（請求項４の発明）
請求項２または３に記載したスタータにおいて、第１のインターナルギヤと第２のインターナルギヤは、軸方向に対向する両者の端面同士が相対回転自在に凹凸嵌合していることを特徴とする。
この場合、二つのインターナルギヤの軸心を一致させることができるので、ギヤ切替部材による二つのインターナルギヤの切り替えをスムーズに行うことが可能である。

（請求項５の発明）
請求項２〜４に記載した何れかのスタータにおいて、径方向の外周部がスタータハウジングに対し周方向に回転規制されると共に、軸方向に移動不能に固定され、且つ、径方向の内周に円筒状の軸受部を有し、この軸受部の内周に配置される軸受を介して出力軸を回転自在に支持するフレーム部材と、エンジン側から過大な衝撃が加わった時に、その過大な衝撃を吸収する衝撃吸収装置と、フレーム部材と第２のインターナルギヤとの間に配置されて、フレーム部材に対し第２のインターナルギヤの軸方向位置を規制すると共に、衝撃吸収装置を介して周方向に回転規制される軸方向位置規制部材とを備え、ギヤ切替部材は、軸方向位置規制部材の外周を軸方向に延びて形成され、その内径部が、軸方向位置規制部材の外径部に凹凸係合して軸方向に移動可能に設けられると共に、両者の相対回転が規制されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、第２のインターナルギヤの軸方向位置を規制する軸方向位置規制部材を利用して、ギヤ切替部材の回転規制を行うことができる。つまり、軸方向位置規制部材をギヤ切替部材の回転規制に利用することで、部品点数を低減でき、より簡素な構成を実現できる。

（請求項６の発明）
請求項５に記載したスタータにおいて、衝撃吸収装置は、フレーム部材に設けられる軸受部の外周と軸方向位置規制部材の内周との間に生じる空間に配設されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、フレーム部材に設けられる軸受部の外周と軸方向位置規制部材の内周との間に生じる空間を利用して衝撃吸収装置を配置できるので、二組の減速機と減速比切替手段とを有するスタータであっても、衝撃吸収装置の配置スペースを無理なく確保できる。その結果、スタータの体格が大きくなることを抑制できる。

（請求項７の発明）
請求項６に記載したスタータにおいて、衝撃吸収装置は、軸方向位置規制部材の内周部に凹凸係合する回転摩擦板と、この回転摩擦板と軸方向に重ね合わされ、且つ、フレーム部材に回転規制される固定摩擦板と、フレーム部材との間に回転摩擦板と固定摩擦板とを挟み込んで、軸方向に押圧する押圧手段とを有し、回転摩擦板の滑りトルクを超える過大な衝撃が、ギヤ切替手段に係合するインターナルギヤに加わった時に、回転摩擦板が摩擦力に抗して滑る（回転する）ことにより、過大な衝撃を吸収することを特徴とする。
上記の衝撃吸収装置は、回転摩擦板と固定摩擦板とを軸方向（両摩擦板の板厚方向）に重ね合わせて、押圧手段（例えば、皿ばね）により軸方向に押圧する構成であり、径方向に部品を積み重ねる構成ではないので、請求項６に記載した「フレーム部材に設けられる軸受部の外周と軸方向位置規制部材の内周との間に生じる空間」に衝撃吸収装置を容易に配置できる。

（請求項８の発明）
請求項７に記載したスタータにおいて、衝撃吸収装置は、回転摩擦板と固定摩擦板とを、それぞれ複数枚ずつ使用し、両摩擦板を１枚毎に交互に重ね合わせて構成されることを特徴とする。
回転摩擦板と固定摩擦板とをそれぞれ複数枚ずつ使用する、つまり、両摩擦板の枚数を増やすことにより、衝撃吸収能力を増大できる。また、回転摩擦板と固定摩擦板の枚数を増やした場合でも、衝撃吸収装置が径方向に大型化することは無く、両摩擦板を板厚方向（軸方向）に重ね合わせているので、軸方向の体格が大幅に拡大することもなく、衝撃吸収能力の大きな衝撃吸収装置をコンパクトに構成できる。

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の部分断面図である。
本実施例のスタータ１は、図１に示す様に、電機子２ａに回転力を発生するモータ２と、電機子２ａの回転を減速する減速装置（後述する）と、この減速装置を介してモータ２に駆動される出力軸３と、減速装置の減速比を切り替える減速比切替手段（後述する）と、出力軸３の外周にクラッチ４と一体に配置されるピニオンギヤ５と、モータ２の通電回路に設けられるメイン接点（図示せず）を開閉すると共に、シフトレバー６を介してクラッチ４とピニオンギヤ５を軸方向に移動させる働きを有する電磁スイッチ７と、スタータ１の動力伝達系を過大な衝撃から保護するための衝撃吸収装置８（図９参照）と、スタータ１をエンジン側に固定するスタータハウジング９等より構成される。

モータ２は、電機子２ａに通電される電流を回転位相に応じて切り替えるための整流子とブラシ（図示せず）を有する周知の整流子電動機である。
電機子２ａは、回転力を出力する電機子軸２ｂを有し、この電機子軸２ｂの反整流子側（図１の左側）の先端部が、軸方向に向かい合う出力軸３の端部に形成された凹部の内周に軸受１０を介して相対回転自在に挿入され、電機子軸２ｂの後端部が、軸受（図示せず）を介してエンドフレーム１１により回転自在に支持されている。
出力軸３は、電機子軸２ｂと同一軸線上に配置され、軸方向モータ側（図示右側）の端部が、フレーム部材１２に設けられた軸受部１２ａ（図２参照）の内周に配置される軸受１３を介して回転自在に支持され、反モータ側の端部が、軸受１４を介してスタータハウジング９の先端部に回転自在に支持されている。

フレーム部材１２は、径方向の外周部が、スタータハウジング９に設けられた円筒壁部９ａの内周に嵌合して周方向に回転規制されると共に、軸方向に移動不能に固定され、径方向の内周側に軸受部１２ａが設けられている。
クラッチ４は、出力軸３の外周にヘリカルスプライン嵌合して配置され、エンジン始動時に出力軸３の回転をピニオンギヤ５に伝達する。また、ピニオンギヤ５がエンジンにより回された時、つまり、ピニオンギヤ５の回転速度が出力軸３の回転速度を上回ると、ピニオンギヤ５の回転が出力軸３に伝わらない様に、両者間の動力伝達を遮断する一方向クラッチとして構成されている。

ピニオンギヤ５は、エンジンのリングギヤ（図示せず）に噛み合った後、クラッチ４を介して伝達される回転力によりリングギヤを回転駆動する。
電磁スイッチ７は、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スイッチコイル（図示せず）と、このスイッチコイルの内周側を可動するプランジャ１５とを有し、スイッチ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１５が吸引されてメイン接点を閉操作する。また、スイッチコイルへの通電が停止して吸引力が消滅すると、図示しないスプリングに蓄えられた反力によりプランジャ１５が押し戻されてメイン接点を開操作する。

メイン接点は、電磁スイッチ７の樹脂製カバー７ａに取り付けられる２本の外部端子１６、１７を介してモータ回路に接続される一組の固定接点（図示せず）と、プランジャ１５と一体に可動して一組の固定接点間を断続する可動接点（図示せず）とで形成され、この可動接点を通じて一組の固定接点間が導通することでメイン接点が閉状態となり、一組の固定接点間の導通が遮断されることでメイン接点が開状態となる。
シフトレバー６は、レバーホルダ１８により回動自在に支持されるレバー支点部６ａを有し、このレバー支点部６ａより一端側のレバー端部が、プランジャ１５に取り付けられるシフト用ロッド１９に連結され、レバー支点部６ａより他端側のレバー端部が、クラッチ４に係合して、プランジャ１５の動きをクラッチ４に伝達する働きを有する。

続いて、減速装置について説明する。
減速装置は、図２に示す様に、電機子軸２ｂに形成された第１のサンギヤ２０を中心に構成される第１の遊星歯車減速機（第１の減速機と呼ぶ）と、同じく、電機子軸２ｂに形成された第２のサンギヤ２１を中心に構成される第２の遊星歯車減速機（第２の減速機と呼ぶ）とを有している。なお、第１の減速機に設定される減速比（第１の減速比と呼ぶ）より、第２の減速機に設定される減速比（第２の減速比と呼ぶ）の方が大きな値に設定されている。
第１のサンギヤ２０と第２のサンギヤ２１は、第２のサンギヤ２１の方が第１のサンギヤ２０より電機子軸２ｂの先端側（図２の左側）に形成され、且つ、第１のサンギヤ２０の方が第２のサンギヤ２１より歯先径が大きく、歯数が多く設けられている。

第１のサンギヤ２０には、軸受２２を介して遊星ピン２３に回転自在に支持された第１の遊星ギヤ２４が複数個（例えば３個）噛み合わされ、その第１の遊星ギヤ２４は、第１のサンギヤ２０と同心に配置される第１のインターナルギヤ２５とも噛み合わされている。同様に、第２のサンギヤ２１には、軸受２６を介して遊星ピン２７に回転自在に支持された第２の遊星ギヤ２８が複数個（例えば３個）噛み合わされ、その第２の遊星ギヤ２８は、第２のサンギヤ２１と同心に配置される第２のインターナルギヤ２９とも噛み合わされている。
遊星ピン２３、２７は、出力軸３と一体に設けられた遊星キャリア３０に固定され、その遊星キャリア３０の周方向に遊星ピン２３と遊星ピン２７とが交互に配設されている。また、遊星ピン２３には、遊星キャリア３０と第１の遊星ギヤ２４との間にスペーサ部材３１が嵌め合わされ、このスペーサ部材３１により、第１の遊星ギヤ２４が反モータ側（遊星キャリア３０側）へ移動することを規制している。

第１のインターナルギヤ２５は、図４に示す様に、軸方向の反モータ側に環状凸部２５ａが設けられ、この環状凸部２５ａより軸方向モータ側には、環状凸部２５ａより外径を大きく設定した大径部２５ｂが設けられている。また、大径部２５ｂの反モータ側の外周には、複数の歯部２５ｃが全周に形成されている。
この第１のインターナルギヤ２５は、図２に示す様に、モータ２のヨーク３２とスタータハウジング９の円筒壁部９ａとの間に挟持されるジョイント部材３３の内周に大径部２５ｂの外周が回転可能に嵌合して、電機子軸２ｂと同心に配置されている。つまり、ジョイント部材３３により心出しされている。

第２のインターナルギヤ２９は、第１のインターナルギヤ２５より内径（歯先径）が大きく、歯数が多く設けられている。この第２のインターナルギヤ２９は、図５に示す様に、軸方向のモータ側に歯底径より内径を大きく形成した環状凹部２９ａが設けられ、この環状凹部２９ａと第１のインターナルギヤ２５に設けられた環状凸部２５ａとが相対回転自在に凹凸嵌合している（図２参照）。
また、第２のインターナルギヤ２９は、二段の外径を有し、軸方向モータ側に外径を小さく設定した小径部２９ｂと、軸方向反モータ側に外径を大きく設定した大径部２９ｃとが設けられ、この大径部２９ｃの軸方向モータ側の外周には、複数の歯部２９ｄが全周に形成されている。なお、大径部２９ｃに形成された歯部２９ｄは、第１のインターナルギヤ２５の大径部２５ｂに形成された歯部２５ｃと同一数であり、且つ、両者の歯底径および歯先径が同一寸法に設定されている。

次に、減速比切替手段について説明する。
減速比切替手段は、図２に示す様に、第１のインターナルギヤ２５と第２のインターナルギヤ２９のどちらか一方と機械的に係合するギヤ切替部材３４と、このギヤ切替部材３４を軸方向に移動させるための駆動手段（後述する）とを有する。
ギヤ切替部材３４は、二つのインターナルギヤ２５、２９の外周に同軸状に配設される略円筒形状を有すると共に、その外径側に突き出る段付き部３４ａ（図６参照）が設けられ、この段付き部３４ａが、スタータハウジング９の円筒壁部９ａの内周に嵌合して心出しされている。このギヤ切替部材３４は、フレーム部材１２と第２のインターナルギヤ２９との間に配置される軸方向位置規制部材３５に対して周方向に回転規制され、且つ、軸方向に移動可能に設けられている。

また、ギヤ切替部材３４には、図６に示す様に、軸方向モータ側の内周と、軸方向反モータ側の内周とに、それぞれ内歯３４ｂ、３４ｃが形成されている。
軸方向モータ側の内周に形成された内歯３４ｂは、ギヤ切替部材３４が軸方向モータ側へ移動した状態で、図２に示す様に、軸方向長さのモータ側半分が、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと噛み合い、ギヤ切替部材３４が軸方向反モータ側へ移動した状態で、図３に示す様に、軸方向長さの反モータ側半分が、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと噛み合うことができる。つまり、軸方向モータ側の内周に形成された内歯３４ｂは、本発明の請求項２に記載した第１の凹凸部と第２の凹凸部とが一体に形成されたものである。

また、内歯３４ｂの軸方向長さは、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄとの間に確保される空間の軸方向距離より若干短く設けられている。すなわち、軸方向モータ側の内周に形成された内歯３４ｂは、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄの両方に同時に噛み合うことは無く、歯部２５ｃと、歯部２９ｄのどちらか一方と選択的に噛み合うことができる。また、内歯３４ｂと、歯部２５ｃ、および歯部２９ｄには、噛み合いを円滑に行うために、それぞれ周方向の両角部に適当な面取りを施すことが有効である。
軸方向反モータ側の内周に形成された内歯３４ｃは、軸方向モータ側の内周に形成された内歯３４ｂより軸方向に長く形成され、且つ、ギヤ切替部材３４が軸方向に移動する際に、第２のインターナルギヤ２９と干渉しない様に、内歯３４ｃの内径（歯先径）が内歯３４ｂの内径（歯先径）より大きく形成されている。

軸方向位置規制部材３５は、円筒形状を有し、その軸方向反モータ側の端部が、フレーム部材１２に設けられた中間段付き部１２ｂの外周に嵌合して心出しされ、且つ、軸方向モータ側の端部に径方向外側へ拡大するフランジ部３５ａ（図７参照）が設けられて、そのフランジ部３５ａの軸方向モータ側の端面が、第２のインターナルギヤ２９の軸方向反モータ側の端面に対向して配置され、第２のインターナルギヤ２９および第１のインターナルギヤ２５が軸方向反モータ側へ移動することを規制している。
また、フランジ部３５ａの外径部には、図７に示す様に、複数の歯部３５ｂが全周に形成され、この歯部３５ｂとギヤ切替部材３４の内周に形成された内歯３４ｃとが噛み合って、軸方向位置規制部材３５とギヤ切替部材３４との相対回転が規制されている。なお、図７は、フレーム部材１２に軸方向位置規制部材３５と衝撃吸収装置８とが組み合わされた衝撃吸収ユニットの斜視図である。

駆動手段は、形状記憶合金から成る第１のスプリング３６と、通常のスプリング材から成る第２のスプリング３７とで構成され、ギヤ切替部材３４に設けられた段付き部３４ａの軸方向両側に配置されている。具体的には、図２に示す様に、段付き部３４ａを挟んで軸方向の反モータ側（図示左側）に第１のスプリング３６が配置され、軸方向のモータ側（図示右側）に第２のスプリング３７が配置されている。形状記憶合金から成る第１のスプリング３６は、図８に示す様に、雰囲気温度（外気温度）が所定温度（本実施例では０℃）より高い時は、横弾性係数Ｇが図示ＡからＢへ急激に移動して高い値となる。
ここで、ばね定数ｋと横弾性係数Ｇとの関係は、下記（１）式で表される。また、ばね荷重Ｐは、下記（２）式で表される。

ｋ＝Ｇ×（ｄ⁴ ／８）×ｎ×Ｄ³ ………（１）
ｄ：線径、Ｄ：巻き有効径
Ｐ＝ｋ×δ…………………………………（２）
δ：たわみ
上記（１）、（２）式の関係より、ばね荷重Ｐは、横弾性係数Ｇに比例するので、第１のスプリング３６の荷重は、０℃以下では小さく、０℃より高くなると大きくなる。そこで、本実施例では、雰囲気温度が０℃より高い時に、第１のスプリング３６の荷重が第２のスプリング３７の荷重より高くなるように設定され、雰囲気温度が０℃以下の時は、第１のスプリング３６の荷重が第２のスプリング３７の荷重より低くなるように設定されている。なお、形状記憶合金には、例えば、耐食性に優れ、通常のスプリング材料よりも比重が小さい（軽い）特徴を有するＮｉとＴｉの合金を用いることができる。

これにより、雰囲気温度が０℃より高い時は、第１のスプリング３６と第２のスプリング３７との荷重差（第１のスプリング３６の荷重＞第２のスプリング３７の荷重）により、ギヤ切替部材３４が軸方向モータ側へ付勢され、図２に示す様に、ギヤ切替部材３４の内周に形成された内歯３４ｂが第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと噛み合っている。この時、ギヤ切替部材３４は、軸方向モータ側の端面がジョイント部材３３に当接した状態で静止している。
一方、雰囲気温度が０℃以下の時は、第１のスプリング３６と第２のスプリング３７との荷重差（第１のスプリング３６の荷重＜第２のスプリング３７の荷重）により、ギヤ切替部材３４が軸方向反モータ側へ付勢され、図３に示す様に、ギヤ切替部材３４の内周に形成された内歯３４ｂが第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと噛み合っている。この時、ギヤ切替部材３４は、軸方向反モータ側の端面がフレーム部材１２に当接した状態で静止している。

次に、衝撃吸収装置８について説明する。
衝撃吸収装置８は、図９に示す様に、複数枚（例えば２枚）の回転摩擦板３８と、複数枚（例えば２枚）の固定摩擦板３９と、フレーム部材１２との間に両摩擦板３８、３９を挟み込んで軸方向に押圧する皿ばね４０等より構成され、フレーム部材１２に設けられた軸受部１２ａの外周と、軸方向位置規制部材３５の内周との間に生じる空間に配置されている。
回転摩擦板３８は、図１０に示す様に、径方向の中央部に丸穴３８ａを有するリング状に設けられ、外周に複数の凸部３８ｂが形成されている。

固定摩擦板３９は、図１１に示す様に、径方向の中央部に中心穴３９ａを有するリング状に設けられ、その中心穴３９ａの内周に複数の突起部３９ｂと、複数の嵌合溝３９ｃとが設けられている。突起部３９ｂは、固定摩擦板３９の板厚方向の一方側へ突き出ており、且つ、周方向の幅が根元側で大きく、先端側で小さく二段階に形成されている。周方向の幅が大きい幅広部３９ｂ１は、固定摩擦板３９の表面から突き出る長さが、回転摩擦板３８の板厚と略同等の寸法であり、周方向の幅が小さい幅狭部３９ｂ２の突き出し長さは、固定摩擦板３９の板厚と略同等の寸法である。
なお、図１１（ａ）は、固定摩擦板３９を板厚方向の他方側（突起部３９ｂが突き出ていない側）から見た斜視図であり、同図（ｂ）は、固定摩擦板３９を板厚方向の一方側（突起部３９ｂが突き出ている側）から見た斜視図である。

固定摩擦板３９に形成された中心穴３９ａの内径は、フレーム部材１２に設けられた軸受部１２ａの外径と略同等（但し、中心穴３９ａの内周に軸受部１２ａの外周が嵌合できる大きさ）に形成されている。また、中心穴３９ａの内径に突起部３９ｂの厚み×２に相当する寸法を加えた径方向寸法は、回転摩擦板３８に形成された丸穴３８ａの内径と略同等（但し、丸穴３８ａの内周に複数個の突起部３９ｂが嵌合できる大きさ）に形成されている。
嵌合溝３９ｃは、周方向に隣り合う突起部３９ｂと突起部３９ｂとの間に形成され、突起部３９ｂの幅狭部３９ｂ２が丁度嵌合できる大きさに形成されている。

上記の回転摩擦板３８と固定摩擦板３９は、１枚ずつ交互に重ね合わせて、フレーム部材１２に設けられた軸受部１２ａの外周に装着され、皿ばね４０の荷重を受けてフレーム部材１２の端面に押し付けられている。但し、両摩擦板３８、３９は、フレーム部材１２側から回転摩擦板３８、固定摩擦板３９、回転摩擦板３８、固定摩擦板３９の順に配置される。また、回転摩擦板３８は、フレーム部材１２に対し回転可能であり、且つ、外周に設けられた凸部３８ｂが、軸方向位置規制部材３５の内周に形成された係合溝３５ｃ（図７参照）に凹凸嵌合して、両者の相対回転が規制されている。

一方、フレーム部材１２との間に回転摩擦板３８を挟み込んでいる１枚目の固定摩擦板３９は、突起部３９ｂの幅狭部３９ｂ２が、フレーム部材１２に形成された係止溝１２ｃ（図９参照）に嵌合して回転規制され、２枚目の固定摩擦板３９は、突起部３９ｂの幅狭部３９ｂ２が、１枚目の固定摩擦板３９に形成された嵌合溝３９ｃに嵌合して回転規制されている。
皿ばね４０は、回転摩擦板３８の滑りトルクが規定値に設定された状態で、フレーム部材１２に設けられた軸受部１２ａの端部にかしめ固定されている。

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７のスイッチコイルに通電されてプランジャ１５が吸引されると、そのプランジャ１５の移動に応じて、シフトレバー６を介してクラッチ４とピニオンギヤ５が一体に出力軸３上を反モータ方向（図１の左方向）へ押し出される。また、プランジャ１５の移動により、メイン接点が閉じることで、バッテリからモータ２に通電されて電機子２ａに回転力が生じる。電機子２ａの回転は、第１の減速比または第２の減速比により減速されて出力軸３に伝達され、更に、出力軸３からクラッチ４を介してピニオンギヤ５に伝達される。このピニオンギヤ５がリングギヤに噛み合うことにより、ピニオンギヤ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、スイッチコイルへの通電が停止されて吸引力が消滅する。その結果、スプリングの反力でプランジャ１５が押し戻されるため、メイン接点が開いてバッテリからモータ２への通電が停止されることにより、電機子２ａの回転が次第に減速して停止する。
また、プランジャ１５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６が揺動して、クラッチ４がモータ方向へ押し戻されるため、ピニオンギヤ５がリングギヤから離脱して、クラッチ４と一体に出力軸３上を後退し、所定の位置（図１に示す位置）で停止する。

次に、減速装置の作動について説明する。
ａ）外気温度が０℃より高い場合。
この場合、形状記憶合金を用いた第１のスプリング３６の横弾性係数Ｇが、図８に示すＢ以上の高い値となり、第１のスプリング３６の荷重が、第２のスプリング３７の荷重に打ち勝つため、両スプリング３６、３７の荷重差により、ギヤ切替部材３４が軸方向モータ側へ付勢されている。これにより、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂが、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと噛み合った状態で、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容されている（図２参照）。

上記の結果、電機子２ａに発生する回転力は、第１のサンギヤ２０から第１の遊星ギヤ２４に伝達され、第１の遊星ギヤ２４が自転しながら第１のサンギヤ２０の周囲を公転する。一方、第２の遊星ギヤ２８は、第２のインターナルギヤ２９の回転が規制されていない（回転が許容されている）ので、第２のサンギヤ２１の回転に応じて自転するだけであり、公転することはない。これにより、第１の遊星ギヤ２４の公転が遊星キャリア３０から出力軸３に伝達される。すなわち、電機子２ａの回転が第１の減速比により減速されて出力軸３に伝達される。

ｂ）外気温度が０℃以下の場合。
外気温度が０℃より高い状態から０℃以下に低下すると、形状記憶合金である第１のスプリング３６の横弾性係数Ｇが、図８に示すＢからＡ以下まで急激に低下する。その結果、第１のスプリング３６の荷重が減少して、第２のスプリング３７の荷重が第１のスプリング３６の荷重に打ち勝つため、両スプリング３７、３６の荷重差により、ギヤ切替部材３４が軸方向反モータ側へ付勢される。これにより、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂが、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと噛み合うことで、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容される（図３参照）。

ところで、ギヤ切替部材３４が反モータ側へ移動した時に、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂの端面と、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄの端面とが軸方向に当接した場合は、電機子２ａの回転に伴って、第２のインターナルギヤ２９が第２のサンギヤ２１とのギヤ比に応じてゆっくりと回転する。これにより、内歯３４ｂの端面と歯部２９ｄの端面との間に、第１のスプリング３６と第２のスプリング３７との荷重差による付勢力が作用しながら、歯部２９ｄの位置が周方向にずれて、内歯３４ｂと噛み合い可能な位置まで回転した時点で両者が噛み合うことができる。

上記の結果、電機子２ａに発生する回転力は、第２のサンギヤ２１から第２の遊星ギヤ２８に伝達され、第２の遊星ギヤ２８が自転しながら第２のサンギヤ２１の周囲を公転する。一方、第１の遊星ギヤ２４は、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制されていない（回転が許容されている）ので、第１のサンギヤ２０の回転に応じて自転するだけであり、公転することはない。これにより、第２の遊星ギヤ２８の公転が遊星キャリア３０から出力軸３に伝達される。すなわち、電機子２ａの回転が第２の減速比により減速されて出力軸３に伝達される。

ｃ）エンジン停止後、外気温度が０℃より高くなった場合。
この場合、第１のスプリング３６の荷重が、第２のスプリング３７の荷重に打ち勝つため、両スプリング３６、３７の荷重差により、ギヤ切替部材３４が軸方向モータ側へ押し戻される。これにより、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂと、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄとの噛み合いが解除され、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂと、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃとの噛み合いが行われる。この時、内歯３４ｂと歯部２５ｃとが噛み合い可能な位置、つまり、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂ（凸部）が第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと歯部２５ｃとの間（凹部）に位置している場合は、そのまま、内歯３４ｂが歯部２５ｃと歯部２５ｃとの間に入り込んで、両者の噛み合いが完了する。これにより、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容される（図２参照）。

一方、ギヤ切替部材３４がモータ側へ押し戻された時に、内歯３４ｂの端面と第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃの端面とが軸方向に当接した場合は、第１のスプリング３６と第２のスプリング３７との荷重差による付勢力が作用した状態で、内歯３４ｂと歯部２５ｃの端面同士が当接した状態が保たれる。この状態で、次回のエンジン始動時にモータ２の電機子２ａが回転すると、第１のインターナルギヤ２５が、第１のサンギヤ２０とのギヤ比に応じてゆっくりと回転するため、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃの位置が周方向にずれて、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｂと噛み合い可能な位置まで回転した時点で両者が噛み合うことができる。これにより、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容されて、第１の減速比によるエンジン始動が可能となる。

続いて、スタータ１の特性について図１２を参照して説明する。
なお、図１２には、第１の減速機（第１の減速比）を用いた場合のトルクと回転数を実線グラフで示し、第２の減速機（第２の減速比）を用いた場合のトルクと回転数を破線グラフで示している。
先ず、常温（概ね５〜３５℃）における作動点のトルクがＴｗで示される時に、第１の減速比を使用した場合の出力はＰ１、回転数はＮ１となる。また、第２の減速比を使用した場合の出力はＰ２、回転数はＮ２となる。

本実施例のスタータ１では、０℃より高い温度条件において第１の減速比を使用するため、出力はＰ１、回転数はＮ１となり、第２の減速比を使用した場合より、出力および回転数が大幅に向上して、始動時間の短縮を図ることができる。
一方、概ね−２０℃以下の低温における作動点のトルクがＴｃで示される時に、従来の一段の減速比による出力はＰｃ、回転数はＮｃである。本実施例のスタータ１は、０℃以下の温度条件において第２の減速比を使用するため、出力はＰｃ、回転数はＮｃとなり、従来の一段の減速比と同じ作動点となる。これにより、従来と同じ良好な低温始動性を確保できる。

続いて、衝撃吸収装置８の作動を説明する。
何らかの原因でエンジン側からスタータ側に過大な衝撃が入力されると、その衝撃的な回転荷重は、ピニオンギヤ５から出力軸３に伝達され、更に、出力軸３から減速装置に伝達される。この時、例えば、第１の減速比でスタータ１を作動していると、第１の遊星ギヤ２４を介して第１のインターナルギヤ２５に回転荷重が伝達されるため、第１のインターナルギヤ２５は、出力軸３と反対方向に回転しようとする。しかし、第１のインターナルギヤ２５は、ギヤ切替部材３４と機械的に係合しているため、ギヤ切替部材３４に回転荷重が伝達される。

また、ギヤ切替部材３４は、軸方向位置規制部材３５を介して衝撃吸収装置８の回転摩擦板３８に連結されている。具体的には、軸方向位置規制部材３５のフランジ部３５ａに形成された歯部３５ｂと、ギヤ切替部材３４に形成された内歯３４ｃとが噛み合って、両者の相対回転が規制されている。更に、軸方向位置規制部材３５の内周に形成された係合溝３５ｃに、回転摩擦板３８に設けられた凸部３８ｂが凹凸嵌合して、両者の相対回転が規制されている。これにより、ギヤ切替部材３４に伝達された回転荷重は、軸方向位置規制部材３５を介して回転摩擦板３８に伝達され、この回転摩擦板３８がフレーム部材１２の端面および固定摩擦板３９との間で所定の摩擦力を有して回転することにより、衝撃的な回転荷重による発生衝撃が緩和される。

（実施例の効果）
本実施例のスタータ１は、ギヤ切替部材３４との機械的な係合によって、第１のインターナルギヤ２５または第２のインターナルギヤ２９の回転を確実に規制でき、且つ、ギヤ切替部材３４を軸方向に移動させることにより、回転規制するインターナルギヤ２５、２９を切り替えて減速比を変更できる。また、形状記憶合金から成る第１のスプリング３６と、通常のスプリング材から成る第２のスプリング３７とを使用し、外気温度の変化に応じて発生する両スプリング３６、３７の荷重差を利用してギヤ切替部材３４を軸方向に駆動することができる。

上記の構成によれば、一つのギヤ切替部材３４で二つのインターナルギヤ２５、２９の回転規制と回転規制の解除を実施できるので、部品点数を少なくすることが可能であり、構造を簡素化できる。また、ギヤ切替部材３４を軸方向に移動させるために、２個のスプリング３６、３７の荷重差を利用しているので、電気エネルギーを投入する必要はなく、エンジン始動時に要するエネルギー消費量を低減できる。さらに、二つのインターナルギヤ２５、２９の回転規制と回転規制の解除を行うために、ギヤ切替部材３４を径方向に動かす必要はなく、軸方向に移動させているので、径方向の大型化を抑制できる。
本実施例のスタータ１は、上記の様に、外気温度に応じて減速比を切り替えることができるので、外気温度が０℃より高い時は、減速比が小さい第１の減速比を選択することにより、第２の減速比を選択する場合よりスタータ１の駆動回転数が上昇して、エンジン始動時間の短縮を図ることが可能である。一方、外気温度が０℃以下の時は、減速比が大きい第２の減速比を選択することで、外気温度の低下によりエンジンのフリクションが大きくなっても、良好なエンジン始動性を確保できる。

また、減速装置（第１の減速機と第２の減速機）は、二つのインターナルギヤ２５、２９が軸方向に隣接して配置され、その軸方向に対向する両者の端面同士が相対回転自在に凹凸嵌合しているので、両者の軸心を一致させることができる。これにより、二つのインターナルギヤ２５、２９の偏心を抑制でき、ギヤ切替部材３４による二つのインターナルギヤ２５、２９の切り替えをスムーズに行うことが可能である。また、ギヤ切替部材３４は、内周に形成された内歯３４ｃが、軸方向位置規制部材３５のフランジ部３５ａに形成された歯部３５ｂに噛み合うことで、両者の相対回転が規制されている。この場合、ギヤ切替部材３４の回動を規制するために、軸方向位置規制部材３５以外の部品を新たに設ける必要はなく、部品点数の増加を抑制できる。

本実施例のスタータ１は、ギヤ切替部材３４が、軸方向位置規制部材３５を介して衝撃吸収装置８の回転摩擦板３８に連結されているので、ギヤ切替部材３４に係合するインターナルギヤ（第１のインターナルギヤ２５または第２のインターナルギヤ２９）に過大な衝撃が加わった時に、回転摩擦板３８が回転することで衝撃を緩和でき、スタータ１の動力伝達系を過大な衝撃から保護することができる。また、衝撃吸収装置８を搭載することにより、二組の減速機に使用される減速ギヤ（第１のインターナルギヤ２５、および、第２のインターナルギヤ２９）のモジュールを小さくすることが可能であり、特に、外径の小型化を図ることができる。

また、衝撃吸収装置８は、回転摩擦板３８と固定摩擦板３９とを軸方向に重ね合わせて、皿ばね４０により軸方向に押圧する構成であり、径方向に部品を積み重ねる構成ではないので、径方向に大きな搭載スペースを確保する必要はなく、軸方向位置規制部材３５と軸受部１２ａとの間に生じる空間を利用して衝撃吸収装置８を効率的に配置できる。これにより、二組の減速機と減速比切替手段を有するスタータ１であっても、衝撃吸収装置８の配置スペースを無理なく確保できるので、スタータ１の体格が大きくなることを抑制できる。
更に、衝撃吸収装置８は、回転摩擦板３８と固定摩擦板３９とを、それぞれ使用する枚数を増やすことにより、衝撃吸収能力を向上できる。この場合、衝撃吸収装置８が径方向に大型化することは無く、両摩擦板３８、３９を板厚方向（軸方向）に重ね合わせているので、軸方向の体格が大幅に拡大することもなく、衝撃吸収能力の大きな衝撃吸収装置８をコンパクトに構成できる。

スタータの部分断面図である。 第１の減速比（低減速比）に切り替えた状態を示す断面図である。 第２の減速比（高減速比）に切り替えた状態を示す断面図である。 第１のインターナルギヤの斜視図である。 第２のインターナルギヤの斜視図である。 ギヤ切替部材の斜視図である。 衝撃吸収ユニットの斜視図である。 形状記憶合金の温度と横弾性係数との関係を示す特性図である。 衝撃吸収装置の断面図である。 衝撃吸収装置に使用される回転摩擦板の斜視図である。 衝撃吸収装置に使用される固定摩擦板の斜視図である。 スタータの特性図である。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
２ｂ 電機子軸
３ 出力軸
５ ピニオンギヤ
８ 衝撃吸収装置
９ スタータハウジング
１２ フレーム部材
１２ａ フレーム部材に設けられた軸受部
１３ 軸受
２５ 第１のインターナルギヤ
２５ｃ 第１のインターナルギヤに形成された歯部（凹凸部）
２９ 第２のインターナルギヤ
２９ｄ 第２のインターナルギヤに形成された歯部（凹凸部）
３４ ギヤ切替部材（減速比切替手段）
３４ｂ ギヤ切替部材に形成された内歯（第１の凹凸部と第２の凹凸部）
３５ 軸方向位置規制部材
３６ 第１のスプリング（駆動手段、減速比切替手段）
３７ 第２のスプリング（駆動手段、減速比切替手段）
３８ 回転摩擦板
３９ 固定摩擦板
４０ 皿ばね（押圧手段）

Claims (8)

1. 回転力を発生するモータと、
   このモータの電機子軸上に並設され、異なる減速比を有する二組の遊星歯車減速機と、 前記二組の減速機のうち、どちらか一方の減速機を選択して減速比を切り替える減速比切替手段と、
   この減速比切替手段により選択された減速機を介して前記モータの駆動トルクが伝達される出力軸と、
   この出力軸の外周に配置されるピニオンギヤとを備え、
   前記減速機により増幅された前記モータの駆動トルクを前記ピニオンギヤからエンジンのリングギヤに伝達して前記エンジンを始動させるスタータであって、
   前記減速比切替手段は、
   前記二組の減速機に用いられる二つのインターナルギヤの外周に同軸状に配設されて軸方向に移動可能に設けられ、且つ、前記二つのインターナルギヤのどちらか一方と機械的に係合して、その一方のインターナルギヤの回転を規制すると共に、他方のインターナルギヤの回転を許容するギヤ切替部材と、
   このギヤ切替部材を軸方向に移動させる駆動手段とを備え、
   前記駆動手段は、形状記憶合金から成る第１のスプリングと、通常のスプリング材から成る第２のスプリングとで構成され、前記ギヤ切替部材を挟んで軸方向の一端側に前記第１のスプリングが配置され、軸方向の他端側に前記第２のスプリングが配置されて、雰囲気温度の変化によって発生する両スプリングの荷重差により前記ギヤ切替部材を軸方向に駆動す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、
   前記二つのインターナルギヤのうち、軸方向モータ側に配置される第１のインターナルギヤには、軸方向反モータ側の外周に凹凸部が形成され、軸方向反モータ側に配置される第２のインターナルギヤには、軸方向モータ側の外周に凹凸部が形成され、
   前記ギヤ切替部材の内周には、前記第１のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第１の凹凸部と、前記第２のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第２の凹凸部とが形成され、
   前記駆動手段により、前記ギヤ切替部材を軸方向モータ側へ移動させることで、前記第１の凹凸部が前記第１のインターナルギヤの凹凸部に係合して前記第１のインターナルギヤの回転が規制され、前記ギヤ切替部材を軸方向反モータ側へ移動させることで、前記第２の凹凸部が前記第２のインターナルギヤの凹凸部に係合して前記第２のインターナルギヤの回転が規制されることを特徴とするスタータ。
3. 請求項２に記載したスタータにおいて、
   前記ギヤ切替部材は、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部とが軸方向に連続して一体に設けられていることを特徴とするスタータ。
4. 請求項２または３に記載したスタータにおいて、
   前記第１のインターナルギヤと前記第２のインターナルギヤは、軸方向に対向する両者の端面同士が相対回転自在に凹凸嵌合していることを特徴とするスタータ。
5. 請求項２〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
   径方向の外周部がスタータハウジングに対し周方向に回転規制されると共に、軸方向に移動不能に固定され、且つ、径方向の内周に円筒状の軸受部を有し、この軸受部の内周に配置される軸受を介して前記出力軸を回転自在に支持するフレーム部材と、
   前記エンジン側から過大な衝撃が加わった時に、その過大な衝撃を吸収する衝撃吸収装置と、
   前記フレーム部材と前記第２のインターナルギヤとの間に配置されて、前記フレーム部材に対し前記第２のインターナルギヤの軸方向位置を規制すると共に、前記衝撃吸収装置を介して周方向に回転規制される軸方向位置規制部材とを備え、
   前記ギヤ切替部材は、前記軸方向位置規制部材の外周を軸方向に延びて形成され、その内径部が、前記軸方向位置規制部材の外径部に凹凸係合して軸方向に移動可能に設けられると共に、両者の相対回転が規制されていることを特徴とするスタータ。
6. 請求項５に記載したスタータにおいて、
   前記衝撃吸収装置は、前記フレーム部材に設けられる前記軸受部の外周と前記軸方向位置規制部材の内周との間に生じる空間に配設されていることを特徴とするスタータ。
7. 請求項６に記載したスタータにおいて、
   前記衝撃吸収装置は、
   前記軸方向位置規制部材の内周部に凹凸係合する回転摩擦板と、
   この回転摩擦板と軸方向に重ね合わされ、且つ、前記フレーム部材に回転規制される固定摩擦板と、
   前記フレーム部材との間に前記回転摩擦板と前記固定摩擦板とを挟み込んで、軸方向に押圧する押圧手段とを有し、
   前記回転摩擦板の滑りトルクを超える過大な衝撃が、前記ギヤ切替手段に係合するインターナルギヤに加わった時に、前記回転摩擦板が摩擦力に抗して滑る（回転する）ことにより、過大な衝撃を吸収することを特徴とするスタータ。
8. 請求項７に記載したスタータにおいて、
   前記衝撃吸収装置は、前記回転摩擦板と前記固定摩擦板とを、それぞれ複数枚ずつ使用し、両摩擦板を１枚毎に交互に重ね合わせて構成されることを特徴とするスタータ。

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