JP5511893B2

JP5511893B2 - スタータ

Info

Publication number: JP5511893B2
Application number: JP2012115224A
Authority: JP
Inventors: 元昭木村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: JP2013241875A

Description

この発明は、例えば内燃機関に用いられるスタータに関するものである。

従来公知のピニオン押込みスプリングを有する電磁押込み式スタータでは、電磁スイッチが作動したときに、プランジャが勢いよく作動するので、慣性によってピニオン押込みスプリングが撓み、ピニオンがリングギアに当接して押圧力が発生する前、若しくはピニオンスプリングが十分に撓む前に、接点が閉じてモータが回転を開始してしまうため、ピニオンとリングギヤが噛合わずいわゆる噛合不良を生じやすい問題点がある。

この対策として、一般的にはピニオン押込みスプリングを強くする方法があるが、作動性から電磁スイッチの電磁力を大きくしなければならず、電磁スイッチが大型化する欠点がある。しかも、電磁力を増加すると、プランジャの勢いも増すので、ピニオン押込みスプリングを強化し、かつ電磁力を増加した方法での効果は、電磁スイッチが大型化するにも拘わらず、わずかな効果しか得られないという問題点があった。

また、これらを解決する電磁スイッチとして、例えば特許３５４２３０９号公報が知られている。当該特許に記載されている電磁スイッチでは、図５に示すように、プランジャ１４に備えたフック７とシャフト１２との間に設けた空隙１５の気密性を高くし、エアダンパー効果を持たせることで、ピニオン押込みスプリング１１が撓む速度を遅らせる手段が設けられている。

特許第３５４２３０９号公報

上述した従来のスタータは、ピニオン押込みスプリング１１の撓み速度を遅らせるに十分なエアダンパー効果を得るためには、プランジャ１４とフック７、シャフト１２で形成される空間には非常に高い気密性を要することから、高い加工精度が必要となり、コスト高となるという問題点があった。
また、このような手段では、撓んだピニオン押込みスプリング１１が戻る際にも、エアダンパー効果を発揮してしまい、戻り時間が長くなるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スタータの初期位置からピニオンギアがリングギアに当接付近までの間では電磁スイッチの電磁力を低減するとともに、当接以降は電磁力を向上させることができるスタータを提供するものである。

この発明に係わるスタータは、回転力を発生するモータと、前記モータの回転力を伝達する出力軸と、前記出力軸に前後自在にヘリカルスプライン嵌合され、内燃機関を始動するためのリングギアに回転力を伝えるピニオンと、前記リングギアと前記ピニオンを歯合させるための推力を発生させ、前記モータの接点を開閉する電磁スイッチと、前記電磁スイッチの推力を前記出力軸に伝達して前記ピニオンを軸方向に移動させるシフトレバーと、前記電磁スイッチと前記出力軸の間に配設され、前記ピニオンを前記リングギアに歯合させるための荷重を発生するピニオン押込みスプリングと、前記電磁スイッチの外郭をなし磁気回路を形成するケースと、前記ケースの一端側に固定されたコアと、前記コアの対向面と第１の空隙を介して対向し、電磁力の発生に伴い、前記コア側へ吸引されるプランジャと、前記コア及び前記プランジャの一部を取り囲むように前記ケース内に配置され、コイルが巻回されるボビンと、前記ボビンの一部内径側で前記プランジャと接触しない位置に配設され、前記プランジャから前記第１の空隙を介して前記コアに向かう磁束の一部を分流する略円筒状の補助コアと、前記プランジャの外周側と前記補助コアとの間および前記プランジャと対向する前記コアの外周側に形成される第２の空隙とを備え、前記第２の空隙は前記ピニオンと前記リングギアとが当接したときの前記第１の空隙とおおよそ等しく設定し、前記第１の空隙＞前記第２の空隙のときは電磁力を低減し、前記第１の空隙＜前記第２の空隙のときは電磁力を増大するものである。

この発明に係わるスタータによれば、スタータの初期位置からピニオンギアがリングギアに当接付近までの間では電磁スイッチの電磁力を低減できるとともに、当接以降は電磁力を向上させることができるスタータを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わるスタータを示す部分断面図である。この発明の実施の形態１に係わるスタータにおける電磁スイッチの電磁力とスプリング荷重と空隙との関係を示す図である。この発明の実施の形態２に係わるスタータを示す部分断面図である。この発明の実施の形態２に係わるスタータにおけるにおける電磁スイッチの電磁力とスプリング荷重と空隙との関係を示す図である。従来のスタータを示す部分断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１および図２に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
スタータは、図１に示すように、回転力を発生するモータ１と、このモータ１で発生した回転力を減速する減速機構部２と、減速機構部２により減速された回転力を後述するオーバーランニングクラッチ３へ伝達する出力軸２ａと、この出力軸２ａにヘリカルスプライン嵌合によって軸方向に摺動自在に支持され、回転力の一方向のみを伝達するオーバーランニングクラッチ３と、内燃機関を始動するためのリングギア４に回転力を伝えるピニオン３ａとを備えている。
オーバーランニングクラッチ３はシフトレバー５と回転自在に連結されており、シフトレバー５の反対側は電磁スイッチ６のフック７に連結されている。

電磁スイッチ６は、外郭をなし磁気回路を形成するケース８と、通電することで磁界を発生するコイル９と、このコイル９が巻回されるボビン１０と、磁界の発生により電磁力を発生し、ピニオン押込みスプリング１１を介してフック７を吸引しつつ、可動接点１２ａを備えたシャフト１２をカバー１３に備えた固定接点１３ａに押し付けるプランジャ１４と、このプランジャ１４に対向し、初期状態で空隙２１を有して配されるコア１６と、可動接点１２ａを固定接点１３ａに押し付ける荷重を発生する接点スプリング１７と、電磁スイッチ６の動作が完了した際に、プランジャ１４を元の位置に戻す荷重を発生するプランジャスプリング１８と、およびリターンスプリング１９とを備えている。

また、電磁スイッチ６のボビン１０の一部内径側でプランジャ１４と接触しない位置で、プランジャ１４から第１の空隙２１を介してコア１６に向かう磁束の一部を分流する略円筒状の補助コア２０を配置している。そして、プランジャ１４の外周側と補助コア２０との間およびプランジャ１４と対向するコア１６の外周側にそれぞれ第２の空隙２２を設けるように配置されている。尚、可動接点１２ａおよび固定接点１３ａはモータ１を駆動させる接点である。
更に、スタータは減速機構部２、オーバーランニングクラッチ３、シフトレバー５などを内包するフロントブラケット２３を備えている。

次に動作について説明する。まず、図示しないキースイッチの動作信号を受けて、コイル９が通電され、プランジャ１４がコア１６側へ移動する。プランジャ１４の移動に伴い、ピニオン押込みスプリング１１、フック７、シフトレバー５を介してピニオン３ａを含むオーバーランニングクラッチ３がリングギア４へ移動し、ピニオン３ａとリングギア４が歯合する。
このとき、ピニオン３ａとリングギア４の軸方向の端面が当接すると噛合することができないが、プランジャ１４は更にピニオン押込みスプリング１１を撓ませながらコア側１６へ移動し接点を閉じる。
接点が閉じることでモータ１は回転力を発生し減速機構部２を介して、ピニオン３ａがリングギア４の端面上を歯合が可能な位置まで回転し、歯合することできる。

一連の動作について図２を用いて説明すると、第１の空隙２１の位置ａは初期状態、位置ｂでピニオン３ａとリングギア４が当接、区間Ｂはピニオン押込みスプリング１１が撓み、更に、区間Ｃでリターンスプリング１９が撓み、位置ｄで接点が閉じることを意味し、破線で示す曲線Ｐが従来の電磁スイッチの電磁力を示している。

従来の電磁スイッチでは、プランジャ１４の勢いが強いため、即ち、区間Ａにおける電磁力とスプリング荷重との差が大きいために、オーバーランニングクラッチ３の慣性に負けて、ピニオン３ａがリングギア４に当接する前からピニオン押込みスプリング１１が撓んで接点を閉じてしまい、ピニオン３ａが回転を始めてしまう。この状態では、静止しているリングギア４とピニオン３ａには大きな回転差が生じてうまく歯合することできない。
また、プランジャ１４の勢いを低減するために、例えばコイル９に通電する電流を下げて電磁力を低減すると、ピニオン押込みスプリング１１の意図しない撓みを低減することは可能となるが、今度は電磁力がスプリング荷重に負けて接点を閉じることができなくなる危険性が高まる。即ち、噛合うことができなくなる。

この発明の実施の形態１にかかる電磁スイッチ６では、コイル９で発生した磁束の一部を第２の空隙２２を介して分岐するように、プランジャ１４の外周部に補助コア２０が配設され、第２の空隙２２はピニオン３ａとリングギア４が当接した状態での第１の空隙２１とおおよそ等しい大きさに設定され、補助コア２０の磁路面積とプランジャ１４のピニオン押込みスプリング１１の外径側磁路面積との合計がコア１６にプランジャ１４が対向する面の断面積と同等に設定されている。
従って、第１の空隙２１＞第２の空隙２２の状態では、磁束の一部は補助コア２０を通ってプランジャ１４を迂回してコア１６へ流れるので電磁力を低減するように働き、第１の空隙２１＜第２の空隙２２の状態では、補助コア２０がプランジャ１４のピニオン押込みスプリング１１を内包する付近の狭くなった磁路面積を補うように磁束が流れるので、電磁力が増大するように働く。

即ち、図２の実線の曲線Ｑで示すように、区間Ａにおける電磁力を低減して、プランジャ１４の加速度を低減できるので、意図しないピニオン押込みスプリング１１の撓みを低減することができる。また、ピニオン３ａとリングギア４が当接した以降の区間Ｂ、区間Ｃ、区間Ｄでは従来の電磁スイッチより電磁力を増大することができるので、図２の実線の曲線Ｒで示すように、スプリング荷重に負けることなく、素早く接点を閉じて、歯合の動作に移行できる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図３および図４に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
上述した実施形態１との構造の相違は、ピニオン３ａがオーバーランニングクラッチ３と軸方向に前後自在に摺動できるようにスプライン嵌合をなし、一端をストッパ３ｃによって規制され、もう一端をリングギア４側に付勢する方向に荷重を発生するピニオンスプリング３ｂを備えていることにある。
このピニオンスプリング３ｂの荷重は、ピニオン押込みスプリング１１の荷重よりも小さく設定され、電磁スイッチ６によってピニオン３ａがリングギア４に押し付けられた場合は、ピニオンスプリング３ｂが優先的に撓むように設定されている。

次に、この構造による動作を説明する。まず図示しないキースイッチの動作信号を受けて、コイル９が通電され、プランジャ１４がコア１６側へ移動する。プランジャ１４の移動に伴い、ピニオン押込みスプリング１１、フック７、シフトレバー５を介してピニオン３ａ、ピニオンスプリング３ｂ、ストッパ３ｃを含むオーバーランニングクラッチ３がリングギア４へ移動し、ピニオン３ａとリングギア４が歯合する。
このとき、ピニオン３ａとリングギア４の軸方向の端面が当接すると噛合することができず、ピニオン３ａはリングギア４の軸方向の端面で移動を規制さされてしまう。しかし、この発明の実施の形態２における構造であれば、ピニオンスプリング３ｂが撓むことで、オーバーランニングクラッチ３はリングギア４側へ前進することができる。
このとき、出力軸２ａとオーバーランニングクラッチ３とはヘリカルスプライン嵌合されているのでオーバランニングクラッチ３は回転を伴った前進動作となる。この回転はピニオン３ａにも伝達されるので、結果、ピニオン３ａはピニオンスプリング３ｂによる押込み力と合せて、リングギア４に歯合する動作を得ることができる（第一段階の噛合い）。

この歯合動作ではモータ１の回転力によらない弱い回転力と、ピニオン押込みスプリング１１より弱い荷重を発生するピニオンスプリング３ｂによって歯合できるので、ピニオン３ａとリングギア４の摩耗を格段に低減することができる。
更に、この動作によっても歯合することができなかった場合は、更にプランジャ１４はピニオン押込みスプリング１１を撓ませながらコア側１６へ移動し接点を閉じる。接点が閉じることでモータ１は回転力を発生し減速機構部２を介して、ピニオン３ａがリングギア４の端面上を歯合が可能な位置まで回転し、歯合することできる（第二段階の噛合い）。この二段階の歯合手段により歯合をより確実にすることができる。

一連の動作について図４を用いて説明すると、第１の空隙２１の位置ａは初期状態、位置ｂでピニオン３ａとリングギア４が当接、区間Ｂ’はピニオンスプリング３ｂが撓み、第一段階の噛合いとなる。更に区間Ｃでピニオン押込みスプリング１１とリターンスプリング１９が撓み、位置ｄで接点が閉じることを意味し、破線で示す曲線Ｐ１が従来の電磁スイッチの電磁力を示している。

ここで従来の電磁スイッチでは、プランジャ１４の勢いが強いため、即ち、区間Ａ、区間Ｂ’における電磁力とスプリング荷重との差が大きいために、オーバーランニングクラッチ３の慣性に負けて、第一段階の噛合いで十分な回転動作を得る前にピニオン押込みスプリング１１が撓んで接点を閉じてモータ１が回転を始めてしまい、第一段階の噛合いの回転動作が打ち消されてしまう問題があった。
更に、この噛合い手段では、必然的に上述した実施の形態１よりも図４に示す区間Ｂ’の長さを大きく設定する必要があり、意図せぬピニオン押込みスプリング１１の撓みを低減して、この噛合い手段を成立させることは困難である。
また、プランジャ１４の勢いを低減するために、例えばコイル９に通電する電流を下げ
て電磁力を低減すると、ピニオン押込みスプリング１１の意図しない撓みを低減することは可能となるが、今度は電磁力がスプリング荷重に負けて接点を閉じることができなくなる危険性が高まる。即ち、噛合うことができなくなる。

この発明の実施の形態２にかかる電磁スイッチ６では、上述した実施の形態１と同様に、コイル９で発生した磁束の一部を第２の空隙２２を介して分岐するように、プランジャ１４の外周部に補助コア２０が配設され、第２の空隙２２はピニオンスプリング３ｂが撓みきる位置での第１の空隙２１よりも大きく設定され、補助コア２０の磁路面積とプランジャ１４のピニオン押込みスプリング１１の外径側磁路面積との合計がコア１６にプランジャ１４が対向する面の断面積と同等に設定されているので、図４の実線の曲線Ｑ１で示すように、区間Ａ、区間Ｂ’における電磁力を低減して、プランジャ１４の加速度を低減できるので、意図しないピニオン押込みスプリング１１の撓みを低減することができる。

また、第一段階の噛合いで噛合えずピニオンスプリング３ｂが撓みきってしまった以降の区間Ｃ、区間Ｄでは従来の電磁スイッチより電磁力を増大することができるので、図４の実線の曲線Ｒ１で示すように、スプリング荷重に負けることなく、素早く接点を閉じて、歯合の動作に移行できる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、スタータの初期位置からピニオンギアがリングギアに当接付近までの間では電磁スイッチの電磁力を低減できるとともに、当接以降は電磁力を向上させることができるスタータの実現に好適である。

１モータ２減速機構部２ａ出力軸
３オーバーランニングクラッチ３ａピニオン
３ｂピニオンスプリング３ｃストッパ４リングギア
５シフトレバー６電磁スイッチ８ケース
９コイル１０ボビン１１ピニオン押込みスプリング
１２シャフト１２ａ可動接点１３カバー
１３ａ固定接点１４プランジャ１６コア
２０補助コア２１第１の空隙２２第２の空隙

Claims

回転力を発生するモータと、前記モータの回転力を伝達する出力軸と、前記出力軸に前後自在にヘリカルスプライン嵌合され、内燃機関を始動するためのリングギアに回転力を伝えるピニオンと、前記リングギアと前記ピニオンを歯合させるための推力を発生させ、前記モータの接点を開閉する電磁スイッチと、前記電磁スイッチの推力を前記出力軸に伝達して前記ピニオンを軸方向に移動させるシフトレバーと、前記電磁スイッチと前記出力軸の間に配設され、前記ピニオンを前記リングギアに歯合させるための荷重を発生するピニオン押込みスプリングと、前記電磁スイッチの外郭をなし磁気回路を形成するケースと、前記ケースの一端側に固定されたコアと、前記コアの対向面と第１の空隙を介して対向し、電磁力の発生に伴い、前記コア側へ吸引されるプランジャと、前記コア及び前記プランジャの一部を取り囲むように前記ケース内に配置され、コイルが巻回されるボビンと、前記ボビンの一部内径側で前記プランジャと接触しない位置に配設され、前記プランジャから前記第１の空隙を介して前記コアに向かう磁束の一部を分流する略円筒状の補助コアと、前記プランジャの外周側と前記補助コアとの間および前記プランジャと対向する前記コアの外周側に形成される第２の空隙とを備え、前記第２の空隙は前記ピニオンと前記リングギアとが当接したときの前記第１の空隙とおおよそ等しく設定し、前記第１の空隙＞前記第２の空隙のときは電磁力を低減し、前記第１の空隙＜前記第２の空隙のときは電磁力を増大することを特徴とするスタータ。
前記ピニオンは前記リングギア方向へ付勢するピニオンスプリングが設けられ、前記ピニオンが前記リングギアに噛合うことなく、互いの軸方向の端面が衝突した状態から前記接点が閉じる前に、前記ピニオンスプリングを撓ませながら前記ピニオンが前進するに伴い、前記ヘリカルスプラインによって前記ピニオンが回転できるように設定され、この回転と前記ピニオンスプリングの付勢によっても噛合することを特徴とする請求項１に記載のスタータ。
前記ピニオンスプリングが撓み切った状態での前記第１の空隙と前記第２の空隙とはおおよそ等しく設定されていることを特徴とする請求項２に記載のスタータ。