JP5049821B2 - エンジン始動用スタータ - Google Patents

Description

本発明は、電気的導通を開閉するための電磁スイッチを有するエンジン始動用スタータに関する。

エンジン始動用スタータの電磁スイッチに用いられている固定接点用端子ボルトは、樹脂製ケース部材に固定されるが、樹脂で一体成形或は貫通穴にナットを用いて締結固定される構造が一般的に知られている（例えば特許文献１参照）。そして外部に突出した一対のボルト基材の一方端部には、バッテリー端子に接続された導線（バッテリーケーブル）のターミナルがナットによって締結固定され、ボルト基材の他端頭部には、銅合金製可動接点部材との接触導通を得るための銅合金固定接点部材が接合固定されている。

一方、銅合金製部材を鋼製部材ロー付け接合によって一体化接合する技術も知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００６−２６０８４６号公報 特開平０６−２９２９６３号公報

エンジン始動用スタータの電磁スイッチは常に、車両の過酷な運転下の元にさらされているのが現実である。従って、固定接点用端子ボルトのねじ部は、樹脂製ケース部材への固定及びバッテリーケーブルターミナル固定のための締結トルクに耐え得るための強度が、また、可動接点部材との接触導通を得るための銅合金製固定接点部材には、可動接点の衝突及び両接点間に発生するスパーク現象に耐えられる耐磨耗性が要求される。

しかしながら、銅合金固定接点部材がロー付け接合によって一体化された接点用端子ボルトについては、接合のために使用されるロー材の融点が高く、接合終了後の銅合金接点部材の硬度は、接合前素材硬度に対して著しく硬度低下が生じ、銅合金接点の耐磨耗性を悪化させる問題があった。

このようなロー付け工程での接点部材の硬度低下を抑制するには、高価な特殊銅合金材質を採用することも考えられるが、コスト高となり現実性がない。

一方、電気的な特性を最優先させた接点用端子ボルトとしては、頭部接点部及びねじ締結ボルト部を銅合金で一体塑性加工した銅ボルト仕様も実用化されている。

しかし、銅ボルト仕様においては、ねじ部の強度が必ずしも十分とは言えず、不慣れな作業者のバッテリーケーブル固定のための締結トルク要求値に対して対応出来ない事態が発生することになり、ボルト基材の機械的な強度向上が求められる。

ボルト強度向上に対しては、鋼製ボルト基材への材質変更が必要であるが、可動接点が当接するボルト基材頭部には、接点構造としての電気的特性を考慮して銅合金製の固定接点部材を配設する必要がある。

本発明の目的は、ボルト基材部の機械的強度を向上させると共に、耐磨耗性に優れた接点部材を容易確実に接合した電磁スイッチを有するエンジン始動用スタータを提供することにある。

上記目的は始動モータと、銅合金製可動接点部材と固定接点部材とが当接することにより前記始動モータをオンする電磁スイッチと、を備えたエンジン始動用スタータにおいて、前記電磁スイッチは、端子ボルト基材の一端部に前記固定接点部材を接合固着して形成した端子ボルトを樹脂ケースに埋設してなり、前記端子ボルト基材は鉄系からなる鋼製材からなり、その一端部に銅（Ｃｕ）めっき層を介して抵抗通電加熱接合された銅合金製の前記固定接点部材を備えたことにより達成される。

本発明によれば、ボルト基材部の機械的強度を向上させると共に、耐磨耗性に優れる接点部材を備えた電磁スイッチを容易確実に提供することができる。

本発明の接点用端子ボルトをエンジン始動用スタータに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、内燃機関始動用スタータの半縦断面図で、図２は、図１における電磁スイッチ部の要部拡大図である。

スタータ１は、図１に示す如く、回転力を発生する始動モータ２と、この始動モータ２の通電回路に設けられ、モータの駆動を開閉制御する電磁スイッチ３と、始動モータ２の回転を減速する遊星歯車減速機構（詳細は省略）４と、この減速機構を介して始動モータ２の回転が伝達されるピニオンシャフト５と、このピニオンシャフト５の回転が一方向クラッチ６を介して伝達されるピニオンギア７等より構成される。

始動モータ２は、アーマチャ８，固定磁極（永久磁石）９，ヨーク１０、及びブラシ１１等から構成される直流電動機であり、エンジンの始動スイッチ（図示しない）がＯＮされると、電磁スイッチ３内の可動接点機構１２の可動接点部材１２ａが、固定接点である一対の接点用端子ボルト１３，１４の固定接点部材１３ａ，１４ａに当接し、ブラシ１１を介してアーマチャ８に通電されて始動モータ２が回転する。

ここで、図１における電磁スイッチ３部の構造について、図２を用いて説明する。

一部の構成については上記でも述べたが、電磁スイッチ３内部には、可動接点機構１２が構成されており、エンジンの始動スイッチ（図示しない）のＯＮによって、電磁スイッチ機構ＭＳが励磁されることによって、可動接点機構１２の可動接点部材１２ａが固定接点である接点用端子ボルト１３，１４の固定接点部材１３ａ，１４ａに当接する。

固定接点である接点用端子ボルト１３，１４は、それぞれ樹脂製ケース部材１５の挿入孔に埋設されナット１６，１７によって締結固定されているが、一方の接点用端子ボルト
１３の締め付けはケース部材１５の内面に当接する端子ボルト頭部１３ｃとナット１６間で行われる。そして該接点用端子ボルト１３には、バッテリー端子（図示しない）に接続された導線（バッテリーケーブル）１９に一体化されたターミナル２０が装着され、固定のためのナット１６とターミナル固定用ナット１８にて挟持され該ナットにて締結固定されている。

他方の接点用端子ボルト１４には同様にしてブラシ１１と電気的に結線された給電用ターミナル２１がナット１７で締め付け固定されているが、車両搭載後のターミナルの差し換えは必要としないため、強度上一個のナット１７で十分であり、共用させている。

更に、図１の接点用端子ボルト１３，１４の構造について、バッテリー端子側接点用端子ボルト１３で代表し、図３を用いて説明する。

樹脂製ケース部材１５に締結固定されるボルト基材１３ｂは、樹脂製ケース部材１５に固定のためのナット１６及びターミナル１９の固定のためのターミナル固定用ナット１８の締結トルク（締結トルクによって発生するための引張り軸力）に十分耐え得るように鉄製からなる鋼製ボルト基材が採用されている。この種ボルト基材はステンレス鋼を含む鉄系材質のものであれば同等の強度が得られ好ましい。

図２に示した可動接点部材１２ａが当接するボルト基材１３ｂの頭部１３ｃには、銅合金製の固定接点部材１３ａが一体化されている。

次にボルト基材１３ｂの頭部１３ｃへの銅合金製固定接点部材１３ａの一体化について説明する。

図４に示す如く、固定接点部材１３ａはボルト頭部１３ｃの平面部１３ｄへの直接接合であり、固定接点部材１３ａの接合面１３ｆ側に設けられた凸形状の突起部１３ｅがボルト頭部平面部１３ｄに抵抗通電加熱で接合されている。

突起部１３ｅの形状は、図５，図６に示す如く、各々独立した凸形状突起部１３ｅが同一円周上に適当な間隔を置いて複数個設けられている。この突起は必ずしも同一円周上でなくとも良く、また等ピッチ配置でなくとも良く、接合に寄与できる構造であれば良い。

また、図７，図８に示す如く固定接点部材１３ａと同心的に連続して環状に設けても、間欠的に設けても良い。更に、凸形状突起１３ｅの先端部１３ｇの形状についても、平面としても良いし、曲面としても良い。

尚、接点部材としての耐磨耗性向上を目的とした高硬度化対応に対しては、凸形状突起部１３ｅを含めた固定接点部材１３ａの製作を型成形による塑性加工（加工硬化による硬度上昇仕様）製とすることが望ましい。

ここで、ボルト基材１３ｂの頭部１３ｃの平面部１３ｄへの固定接点部材１３ａの固定方法を図４を用いて説明する。

ボルト基材１３ｂはＴ字状のものが一般に用いられ、頭部１３ｃの下方座面部４１が下側電極４２の平面部４３上に当接保持されている。頭部１３ｃの平面部１３ｄには、所望の凸形状突起部１３ｅを有する銅合金製固定接点部材１３ａが、突起部１３ｅが平面部１３ｄに当接する如く配置され、固定接点部材１３ａの他端面４４には、上側電極４５の平面部４６が当接している。

下側電極４２と上側電極４５の両電極間には、所望の押し圧力が付加された後、所望の短時間通電制御が行われ抵抗通電加熱が完了する。

押し圧力付加中の短時間通電制御によって、固定接点部材１３ａの突起部１３ｅ近傍（突起部１３ｅ直下の鋼製ボルト基材１３ｂの平面部）は、発熱高温状態となり、両部材の接合が完了する。

尚、ボルト基材１３ｂの鋼材（鉄系材質）に対する固定接点部材１３ａ銅合金材質の抵抗通電加熱については、銅合金材質の酸化状況変化等による接合品質のばらつき抑制も重要な管理項目であり、予め錫（Ｓｎ）めっきが施された固定接点部材１３ａを採用することが有効な対応手段であると言える。

また、ねじ強度確保のために選定される鋼製ボルト基材１３ｂの防錆処理は、亜鉛めっきのクロメート処理仕様であることが一般的である。しかし、クロメート処理された薄膜については導電性が悪く、下側電極４２に設置される鋼製ボルト基材１３ｂの座面部４１の間で、接合のための短時間通電制御時にスパークが生じ、下側電極４２の座面部４３当接面が早期磨耗することが考えられる。これらに対しては、予め銅（Ｃｕ）めっきが施されたボルト基材１３ｂを採用することによって、下電極面４２との座面部４１の当接面には、導電性の優れた銅（Ｃｕ）薄膜を介在させることができ、接合のための短時間通電制御時に発生するであろうスパークを大幅に抑制し、電極寿命の長期化に対して有利なものとなる。

前述したとおり、本スタータ１に用いられる接点用端子ボルト１３は、樹脂製ケース部材１５へのナット１６による締結固定及びターミナル固定用ナット１８によるターミナル２０の締結固定に耐え得るボルト強度が要求されることは言うまでもないが、エンジン振動等の実車使用環境負荷条件に対しても十分耐え得る強度が必要である。

これに対して、ボルト基材１３ｂには、鋼材（鉄系材質）が選定されており、高強度が要求される実車使用環境条件に対しても十分対応可能である。

また、始動モータ２の通電回路となる電磁スイッチ３内の可動接点部材１２ａが当接する鋼製ボルト基材１３ｂの頭部１３ｃに一体化される銅合金製固定接点部材１３ａには、ボルト基材１３ｂとの安定した接合力とともに可動接点部材１２ａとの当接開閉動作に十分耐え得る耐磨耗性（直接接触に対する機械的な耐磨耗性とスイッチング動作時に発生するスパーク現象に対する電気的な耐磨耗性）が要求される。

これに対しては、銅合金製固定接点部材１３ａと鋼製ボルト基材１３ｂの一体化を抵抗通電加熱によって実現しており、一体化接合に際して最も重要な懸念項目である銅合金製固定接点部材１３ａの軟化現象は極めて軽微であり、特に、可動接点部材１２ａが当接する接点面側の軟化現象は、図９の硬度分布特性に示す如く皆無に近く、十分な耐磨耗特性が提供可能である。

図９を用いて、公知技術（電気的な特性を最優先させた接点用端子ボルトとしては、頭部接点部及びねじ締結ボルト部を銅合金で一体塑性加工した銅ボルト仕様及び鋼製ボルト基材に銅合金製固定接点部材がロー付けされた接点用端子ボルト）と本実施形態の接点用端子ボルトの固定接点部硬度分布特性を詳細に説明する。

固定接点部材１３ａの接点面４４から鋼製ボルト基材１３ｂ，頭部１３ｃの平面部１３ｄとの距離を横軸に、固定接点部材１３ａの断面硬度を縦軸に示している。ここで、縦軸に示す硬度については、公知技術である頭部接点部及びねじ締結ボルト部を銅合金で一体塑性加工した銅ボルト仕様の断面硬度を１００（全域に渡って、ほぼ一定硬度）とし、各仕様の硬度分布を比率表示している。

上記銅ボルト仕様の硬度分布特性９１（実線）に対して、一般的な銅合金製接点材を用いたロー付け一体化仕様については、ロー付け工程での高温環境によって接点部材は焼鈍され二点鎖線で示した硬度分布特性９２で示した如く、全域で硬度分布特性９１（実線）の４０％程度に軟化してしまう。このようなロー付け工程での高温環境による軟化の抑制は可能であり、高価な特殊銅合金製接点材（例えば、Ｃｒを添加した銅合金材質）を採用することにより、点線で示した硬度分布特性９３程度に軟化を抑制することもできる。

一点鎖線の硬度分布特性９４（直線）は、本実施形態に採用した塑性加工製接点材の接合前素材硬度であり、公知技術の銅合金で一体塑性加工した銅ボルト仕様と同一の硬度分布が得られている（図９上では、実線の硬度分布特性９１と一点鎖線の硬度分布特性９４とが重なるため意識的にずらして表示した。）。

本実施形態の抵抗通電加熱仕様接点用端子ボルトの固定接点部材の硬度分布特性は、一点鎖線で示した接合前素材の硬度分布特性９４と固定接点部材ロー付け仕様に見られた二点鎖線の軟化現象が見られた硬度分布特性９２とを接合面近傍側で繋ぐ硬度分布特性９５となる。

つまり、ボルト基材１３ｂと固定接点部材１３ａとの接合が、両部材間の局部加熱によって実現可能であるため、接点面から広範囲な領域において、一点鎖線の高硬度な硬度分布特性９４を維持し、比較的接合境界に近い領域において徐々に硬度が低下（軟化）する破線で示した接点部材として優れた硬度分布特性９５となる。

また、銅合金製固定接点部材１３ａ接合面側への各種の突起部１３ｅ及び錫（Ｓｎ）めっきの採用によって、より安定した抵抗通電加熱強度の実現と接点面側軟化現象のない固定接点構造の実現が可能である。

更に、予め銅（Ｃｕ）めっきを施した鋼製ボルト基材１３ｂを用いた固定接点部材１２ａとの抵抗通電加熱プロセス採用によって、電極当接面の磨耗低減が可能となり、電極寿命の長期化が実現できる。

本発明の実施例における内燃機関始動用スタータの要部半断面図。 図１における電磁スイッチ部拡大断面図。 図２における接点用端子ボルト部拡大断面図。 図２の固定接点用端子ボルト基材と固定接点部材の一体化接合工程の概略図。 本発明の他の実施例を示す固定接点部材の側面図。 図５の固定接点部材の底面図。 本発明の更に他の実施例を示す固定接点部材の一部破断側面図。 図７の固定接点部材の底面図。 本発明おける固定接点部材の硬度分布特性図。

符号の説明

１ スタータ
１２ａ 可動接点部材
１３，１４ 接点用端子ボルト
１３ａ，１４ａ 固定接点部材
１３ｂ ボルト基材
１３ｃ 頭部
１３ｄ 平面部
１３ｅ 突起部
１５ ケース部材

Claims (6)

1. 始動モータと、
   銅合金製可動接点部材と固定接点部材とが当接することにより前記始動モータをオンする電磁スイッチと、
   を備えたエンジン始動用スタータにおいて、
   前記電磁スイッチは、端子ボルト基材の一端部に前記固定接点部材を接合固着して形成した端子ボルトを樹脂ケースに埋設してなり、前記端子ボルト基材は鉄系からなる鋼製材からなり、その一端部に銅（Ｃｕ）めっき層を介して抵抗通電加熱接合された銅合金製の前記固定接点部材を備えたことを特徴とするエンジン始動用スタータ。
2. 請求項１記載において、
   前記固定接点部材は、接合側端面に錫（Ｓｎ）めっき層を施していることを特徴とするエンジン始動用スタータ。
3. 請求項１又は２記載において、
   前記固定接点部材は、接合側端面で且つ該端面と同心的に配置された環状突起を介して端子ボルト基材に接合されていることを特徴とするエンジン始動用スタータ。
4. 請求項１又は２記載において、
   前記固定接点部材は、接合側端面に配列された複数個の単体突起を介して端子ボルト基材に接合されていることを特徴とするエンジン始動用スタータ。
5. 請求項３又は４記載において、
   それぞれの前記突起部は、少なくともその突起部分のみに錫（Ｓｎ）めっき層が施されていることを特徴とするエンジン始動用スタータ。
6. 請求項３乃至５記載のいずれかにおいて、
   前記固定接点部材は塑性加工硬化させたものを用いていることを特徴とするエンジン始動用スタータ。

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