JP5535704B2

JP5535704B2 - スタータ

Info

Publication number: JP5535704B2
Application number: JP2010062615A
Authority: JP
Inventors: 茂之円角; 洋朗横山; 昌貴小田切; 成広神戸; 千恵子須藤
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011196222A

Description

この発明は、例えば、自動車に搭載されるスタータに関するものである。

従来から、自動車の始動用に用いられるスタータが知られている。このスタータとしては、電動機（モータ部）と、この電動機の回転軸と同軸上に配置された出力軸と、この出力軸に沿って移動可能に設けられ、エンジンのリングギヤに噛合うピニオンと、電動機への通電、および遮断を行ったり、電動機への通電時にピニオンの移動を規制したりする役割を有する電磁装置とを備えたスタータがある（例えば、特許文献１参照）。

電磁装置は、出力軸の周囲を取り囲むように形成された励磁コイルと、励磁コイル内に軸線方向に沿って往復動自在な二重円筒状に設けられた内側プランジャ（ギヤプランジャ）、および外側プランジャ（スイッチプランジャ）と、これらプランジャ同士を互いに弾発的に軸線方向に沿って離反させるべく両プランジャ間に介装されたコイルばねとを有している。

また、内側プランジャの軸線方向への移動がクラッチを介してピニオンに伝達されるように構成されている。ここで、このクラッチは、エンジンが始動し、リングギヤの回転速度がピニオンの回転速度を上回った際に、リングギヤによってピニオンが回されるのを防ぐオーバーランニング機能と、過大トルクが生じた際に滑ってトルクを逃がすトルクリミッタ機能を有している。
さらに、クラッチは、出力軸にヘリカルスプライン結合されており、出力軸と連れ回るようになっている。この連れ回りによって生じる慣性力により、クラッチがピニオンと一体となって軸線方向に沿って移動する。

このように構成された電磁装置を備えたスタータは、励磁コイルに電流が供給される前にあっては、リングギヤとピニオンとが噛合わないようになっている。
一方、励磁コイルに電流が供給されると、内側プランジャ、および外側プランジャを磁束が通る磁路が形成され、外側プランジャが軸線方向に沿って移動する。外側プランジャが移動することによって電動機が通電され、電動機の回転軸が回転し始める。

この回転軸の回転が出力軸に伝達され、出力軸が回転し始めると慣性力によってクラッチ、およびピニオンがリングギヤ側に向かって押し出される。そして、このリングギヤにピニオンが噛合い、出力軸の回転力がピニオン、およびリングギヤを介してエンジンに伝達される。エンジンに出力軸の回転力が伝達されると、エンジンが始動し、ピニオンの回転速度が出力軸の回転速度を上回ると、クラッチが作用してピニオンが空転する。

また、これと同時に、外側プランジャが移動することにより、両プランジャ間に介装されたコイルばねが圧縮変形され、このコイルばねの復元力と励磁コイルの磁束の吸引力とによって内側プランジャがリングギヤ側に向かって移動する。
ここで、ピニオンが連れ回りすると、出力軸の回転、およびヘリカルスプライン結合によるピニオンをリングギヤ側へ向かって移動させる慣性力が弱まることになる。しかしながら、内側プランジャにリングギヤ側へ向かう力が作用するので、ピニオンのリングギヤからの抜けが防止される。

特許第３２２３１１９号公報

ところで、上述の従来技術にあっては、リングギヤにピニオンが噛合う前にモータが回転するため、リングギヤにピニオンが噛合う瞬間、出力軸の回転力をピニオンを介してリングギヤに伝達させることになり、クラッチのトルクリミッタとしての機能が作用してしまい、クラッチにかかる負荷が大きくなる。このため、スタータの使用頻度が多くなるに従い、クラッチが摩耗してしまう虞がある。これにより、出力軸の回転力をピニオンを介してリングギヤに十分伝達できなくなる虞があり、すなわちスタータとしての耐久性を十分に保てないという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、耐久性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。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、モータ部と、前記モータ部の回転力を受けて回転する出力軸と、前記出力軸に螺合されたピニオンと、前記モータ部への通電、遮断を行うための電磁装置とを備え、前記電磁装置は、励磁コイルと、前記励磁コイルの通電に伴い、軸線方法に沿って移動するプランジャ機構と、前記プランジャ機構の軸線方向への移動に伴い断続される接点機構とを有し、前記プランジャ機構と前記ピニオンとの間に、クラッチを設けたスタータにおいて、前記プランジャ機構は、前記励磁コイルの通電に伴い、軸線方向に沿って移動する内側プランジャと、外側プランジャとを有し、前記外側プランジャの軸線方向への移動に伴い、前記モータ部に通電が行われ、前記内側プランジャ、および外側プランジャの何れか一方に、他方と係脱可能な係合部を設け、この係合部は、前記励磁コイルの通電に伴う前記外側プランジャの軸線方向への移動の際、前記外側プランジャと前記内側プランジャとが互いに係合するように構成され、前記内側プランジャと前記外側プランジャとが一体となって移動することにより、前記ピニオンに押圧力が付勢され、前記ピニオンをエンジンのリングギヤ側に向かって押し出した後に、前記接点機構の接続に伴う前記モータ部への通電によって前記出力軸が回転し、この出力軸に対する前記ピニオンの慣性力により、さらに前記ピニオンを押し出すよう、前記押圧力、および前記慣性力によって、前記ピニオンを軸線方向に沿って移動させることを特徴とする。

このように構成することで、出力軸が回転するよりも先にプランジャ機構によってピニオンが押し出される。この後、出力軸が回転し始めてさらにピニオンが押し出され、このピニオンとエンジンのリングギヤとが互いに噛合う。つまり、出力軸が回転し始めてからのピニオンの移動距離が従来よりも短くなり、ピニオンとエンジンのリングギヤとが互いに噛合うまでの時間が従来よりも短くなる。

すなわち、出力軸の回転速度が上がりきる前、つまり、従来よりも出力軸の回転速度が遅い段階でピニオンとリングギヤとが互いに噛合うことになる。電動機の回転速度が減速される分、リングギヤにピニオンが噛合う瞬間のクラッチにかかる負荷が軽減される。
よって、クラッチの摩耗が低減され、使用頻度に関わらず、安定して出力軸の回転力をリングギヤに伝達させることが可能になり、スタータの耐久性を向上させることができる。
また、出力軸が回転するよりも先に内側プランジャ、および外側プランジャによってピニオンを押し出すことが可能になる。このため、簡素な構造で、かつ確実に励磁コイルが通電されてからピニオンとエンジンのリングギヤとが互いに噛合うまでの時間を短くすることができる。

請求項２に記載した発明は、前記内側プランジャおよび前記外側プランジャは、二重円筒状に形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、出力軸が回転するよりも先に内側プランジャ、および外側プランジャによってピニオンを押し出すことが可能になる。このため、簡素な構造で、かつ確実に励磁コイルが通電されてからピニオンとエンジンのリングギヤとが互いに噛合うまでの時間を短くすることができる。

請求項３に記載した発明は、前記係合部は、前記外側プランジャの内周面に設けられた環状部材であって、前記外側プランジャが軸線方向に沿って移動する際、前記環状部材が前記内側プランジャの軸線方向端面に当接することを特徴とする。

このように構成することで、簡素な構造で外側プランジャと内側プランジャとを一体化して軸線方向に沿って移動させることができる。このため、安価で、かつ使用頻度に関わらず、安定して出力軸の回転力をリングギヤに伝達させることが可能な電磁装置を提供することが可能になる。

本発明によれば、出力軸が回転するよりも先にプランジャ機構によってピニオンが押し出される。この後、出力軸が回転し始めてさらにピニオンが押し出され、このピニオンとエンジンのリングギヤとが互いに噛合う。つまり、出力軸が回転し始めてからのピニオンの移動距離が従来よりも短くなり、ピニオンとエンジンのリングギヤとが互いに噛合うまでの時間が従来よりも短くなる。

本発明の実施形態におけるスタータの断面図である。図１の要部拡大図であって、電磁装置の動作説明図であるである。本発明の実施形態におけるピニオンのストローク量、励磁コイルへの印加電圧値、およびブラシ付直流モータに供給される電流値の変化を示し、従来と本実施形態との違いを比較したグラフである。本発明の実施形態におけるブラシ付直流モータに供給される電流値、およびアーマチュアの回転数の変化を示すグラフであって、（ａ）は従来の場合、（ｂ）は本実施形態の場合について示している。

（スタータ）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、スタータ１の断面図であって、中心線より上側に静止状態を示し、下側に通電状態を示している。
同図に示すように、スタータ１は、不図示のエンジンの始動に必要な回転力を発生するためのものであって、モータ部３と、モータ部３に連結されている出力軸４と、出力軸４上に摺動自在に設けられたクラッチ５、およびピニオン６と、モータ部３に対する電源供給路を開閉するスイッチユニット７と、スイッチユニット７の可動接点板８、およびピニオン６を軸線方向に沿って移動させるための電磁装置９とを有している。

モータ部３は、ブラシ付直流モータ５１と、ブラシ付直流モータ５１の回転軸５２に連結され、この回転軸５２の回転力を出力軸４に伝達するための遊星歯車機構２とにより構成されている。
ブラシ付直流モータ５１は、略円筒状のヨーク５３と、ヨーク５３の径方向内側に配置され、ヨーク５３に対して回転自在に設けられているアーマチュア５４とを有している。ヨーク５３の内周面には、複数（例えば、この実施形態では６つ）の永久磁石５７が周方向に磁極が順番となるように配設されている。

ヨーク５３の遊星歯車機構２とは反対側の一端には、ヨーク５３の開口部５３ａを閉塞するエンドプレート５５が設けられている。エンドプレート５５の径方向中央には、回転軸５２の一端を回転自在に支持するための滑り軸受け５６が設けられている。
アーマチュア５４は、回転軸５２と、回転軸５２の永久磁石５７に対応する位置に外嵌固定されているアーマチュアコア５８と、回転軸５２のアーマチュアコア５８よりも遊星歯車機構２側（図１における左側）に外嵌固定されているコンミテータ６１とにより構成されている。

アーマチュアコア５８は、放射状に形成された複数のティース（不図示）と、周方向に隣接する各ティース間に形成された複数のスロット（不図示）とを有している。周方向に所定間隔をあけた２つのスロット間には、コイル５９が例えば波巻により巻装されている。コイル５９の端末部は、コンミテータ６１に向かって引き出されている。

コンミテータ６１には、複数枚（例えば、この実施形態では２６枚）のセグメント６２が周方向に沿って、かつ互いに絶縁されるように所定間隔をあけた状態で配設されている。
各セグメント６２のアーマチュアコア５８側端には、折り返すように曲折形成されたライザ６３が設けられている。このライザ６３にアーマチュアコア５８に巻装されているコイル５９の端末部が接続されるようになっている。

ヨーク５３の他端には、有底筒状のトッププレート１２が設けられており、このトッププレート１２のアーマチュアコア５８側の内面に、遊星歯車機構２が配置されている。
遊星歯車機構２は、回転軸５２に外嵌固定されているサンギヤ１３と、サンギヤ１３に噛合され、サンギヤ１３を中心に公転する複数のプラネタリギヤ１４と、これらプラネタリギヤ１４の外周側に設けられた環状の内歯リングギヤ１５とにより構成されている。

複数のプラネタリギヤ１４は、キャリアプレート１６により連結されている。キャリアプレート１６には、各プラネタリギヤ１４に対応する位置に支持シャフト１６ａが立設されており、ここにプラネタリギヤ１４が回転自在に支持されている。また、キャリアプレート１６の径方向中央には、出力軸４の一端が接合されている。

内歯リングギヤ１５は、トッププレート１２の内周面に一体成形されている。トッププレート１２の底面には、径方向中央に滑り軸受け１２ａが設けられている。この滑り軸受け１２ａは、回転軸５２と同軸上に配置されている出力軸４の一端を回転自在に支持するためのものである。

また、トッププレート１２には、不図示のエンジンにスタータ１を固定するためのハウジング１７が接合されている。ハウジング１７は有底筒状に形成されており、開口部１７ａ側に、トッププレート１２が開口部１７ａを閉塞するように接合されている。
ハウジング１７の開口部１７ａ側外周面には、軸線方向に沿うように雌ネジ部１７ｂが刻設されている。

一方、ブラシ付直流モータ５１のヨーク５３の一端側（図１における右端側）に配置されたエンドプレート５５には、雌ネジ部１７ｂに対応する位置にボルト孔５５ａが形成されている。このボルト孔５５ａにボルト９１を挿入し、雌ネジ部１７ｂにボルト９１を螺入することによって、モータ部３とハウジング１７とが一体化される。
さらに、ハウジング１７には、底部１７ｃの径方向中央に出力軸４の一端を回転自在に支持するための滑り軸受け１７ｄが設けられている。

出力軸４の一端には、回転軸５２の他端を挿入可能な凹部４ａが形成されている。この凹部４ａの内周面には、滑り軸受け４ｂが圧入されており、出力軸４と回転軸５２とが相対回転可能に連結されるようになっている。

出力軸４の軸線方向略中央には、外周面にヘリカルスプライン１９が形成されている。このヘリカルスプライン１９には、クラッチ５を構成する略円筒状のクラッチアウタ１８が噛合されている。クラッチアウタ１８には、モータ部３側に縮径形成されたスリーブ１８ａが一体成形されており、このスリーブ１８ａの内周面にヘリカルスプライン１９に噛合うヘリカルスプライン１８ｂが形成されている。

出力軸４のヘリカルスプライン１９よりも他端側（図１における左側）には、ストッパプレート２０が設けられている。ストッパプレート２０とクラッチアウタ１８のスリーブ１８ａとの間には、出力軸４を取り囲むように形成された第２リターンスプリング２１が圧縮変形した状態で設けられている。これにより、クラッチアウタ１８は、常時モータ部３側へ向かって押し戻されるように付勢された状態になる。
ハウジング１７の内壁には、クラッチアウタ１８のモータ部３側への変位を規制するリング状のストッパ９４が設けられている。このストッパ９４は、樹脂やゴム等により形成され、クラッチアウタ１８が当接した際の衝撃を緩和できるようになっている。

また、クラッチアウタ１８には、クラッチ５を構成するクラッチインナ２２がクラッチアウタ１８に相対的に軸線方向に変位不能、かつ相対回転不能に係合されている。
ここで、クラッチ５は、クラッチアウタ１８とクラッチインナ２２との間に生じるトルク差、および回転速度差が所定値以内の場合、互いに回転力を伝達する一方、トルク差、および回転速度差が所定値を越えた場合、回転力の伝達が遮断されるように構成されている。

クラッチ５のクラッチインナ２２は略円筒状に形成されており、出力軸４にスライド移動可能に外嵌されている。クラッチインナ２２のストッパプレート２０に対応する一端側には、ストッパプレート２０との干渉を避けるように凹部２２ａが形成されている。

一方、クラッチインナ２２の他端側には、ピニオン６がクラッチインナ２２に対してスライド移動可能、かつ相対回転不能に外嵌されている。ピニオン６は、不図示のエンジンのリングギヤ２３に噛合うことにより、モータ部３の回転力をリングギヤ２３に伝達してエンジンを始動させるためのものである。

ピニオン６の内周面には、段差により拡径された拡径部６ａが形成されており、クラッチインナ２２とピニオン６との間に収納部６ｂが形成されるようになっている。また、クラッチインナ２２の外周面には、収納部６ｂの開口部を閉塞するように段差により拡径された拡径部２２ｂが形成されている。

そして、収納部６ｂには、クラッチインナ２２の外周面を取り囲むように形成されたコイルスプリング１１が収納されている。このコイルスプリング１１は、ピニオン６とリングギヤ２３との噛合い時に両者６，２３の噛合わせ位相がずれている場合の衝撃を緩和するためのものである（詳細は後述する）。

コイルスプリング１１は、収納部６ｂに収納された状態で、ピニオン６の拡径部６ａの段差面と、クラッチインナ２２の拡径部２２ｂの段差面とにより圧縮変形されている。これによりピニオン６は、クラッチインナ２２に対してリングギヤ２３側に向かって付勢された状態になる。ここで、クラッチインナ２２の外周面には、他端側にピニオン６の抜けを規制する止め輪２２ｃが設けられている。

ハウジング１７の内周面には、クラッチ５よりもモータ部３側に、略円筒状に形成された励磁コイル２４が設けられている。この励磁コイル２４は、径方向中央の大部分が大きく開口された有底筒状のヨーク２５と、ヨーク２５の底部２５ａとは反対側端に設けられた円環状のプランジャホルダ２６とにより形成される収納凹部２５ｂに収納されている。励磁コイル２４は、スイッチユニット７に設けられたダイオード９２、およびコネクタ９３を介し、不図示のイグニションスイッチに電気的に接続されている。

励磁コイル２４の内周面と出力軸４の外周面との間の空隙には、磁性材で形成された略円筒状のスイッチプランジャ２７が励磁コイル２４に対して軸線方向にスライド可能に設けられている。さらに、このスイッチプランジャ（外側プランジャ）２７と出力軸４の外周面との間の空隙に略円筒状のギヤプランジャ（内側プランジャ）２８が設けられている。
これらスイッチプランジャ２７とギヤプランジャ２８は、互いに同心円上に設けられ、軸線方向に相対移動可能に設けられている。

スイッチプランジャ２７のモータ部３側端には、外フランジ部２９が一体成形されている。この外フランジ部２９の外周部側には、連結ロッド３０が軸線方向に沿って立設されている。この連結ロッド３０は、モータ部３のトッププレート１２を貫通している。連結ロッド３０のトッププレート１２から突出した端部には、ブラシ付直流モータ５１のコンミテータ６１に隣接配置されたスイッチユニット７の可動接点板８が連結されている。

可動接点板８は、連結ロッド３０に対して軸線方向に沿ってスライド移動可能に取り付けられていると共に、コイルバネ３２によって浮動的に支持されている。そして、可動接点板８は、コンミテータ６１の周囲に設けられたブラシステー３３に固定されているスイッチユニット７の固定接点板３４に対し、近接離反可能になっている。

固定接点板３４は、連結ロッド３０を挟んでコンミテータ６１側である径方向内側に配置された第１固定接点板３４ａと、コンミテータ６１とは反対側である径方向外側に配置された第２固定接点板３４ｂとに分割構成されている。これら第１固定接点板３４ａ、および第２固定接点板３４ｂに可動接点板８が跨るように当接するようになっている。可動接点板８が第１固定接点板３４ａ、および第２固定接点板３４ｂに当接することにより、両者３４ａ，３４ｂが導通される。

また、スイッチプランジャ２７は、外フランジ部２９とハウジング１７の内壁との間に圧縮した状態で設けられている第１リターンスプリング３５によって、モータ部３側に向かって付勢された状態になっている。これにより、スイッチプランジャ２７は、通常、接点間を開いた状態（図１における中心線よりも上側の状態）で静止している。

ここで、このスイッチプランジャ２７の静止状態において、外フランジ部２９とヨーク２５の底部２５ａとの間に形成されている間隙Ｋ１がスイッチプランジャ２７のストローク量となる。すなわち、スイッチプランジャ２７がリングギヤ２３側（図１における左側）に向かって一杯に移動すると、スイッチプランジャ２７の外フランジ部２９がヨーク２５の底部２５ａに当接するようになっている。このため、スイッチプランジャ２７のストローク量は、間隙Ｋ１に設定されていることになる。

また、スイッチプランジャ２７が接点間を開いた状態において、固定接点板３４と可動接点板８との間に形成されている間隙Ｋ２は、
Ｋ１＞Ｋ２・・・（１）
を満たすように設定されている。すなわち、スイッチプランジャ２７のフルストロークに対して早めに可動接点板８が固定接点板３４に接触するようになっている。

さらに、スイッチプランジャ２７が接点間を開いた状態において、ピニオン６とリングギヤ２３との間に形成されている間隙Ｋ３は、
Ｋ１＜Ｋ３・・・（２）
を満たすように設定されている。

ギヤプランジャ２８は、樹脂で形成されたものであって、モータ部３側の外周面にリング状の鉄心２８ａが装着されている。また、ギヤプランジャ２８のモータ部３側には、軸線方向平面視略円環状の凹部２８ｂが形成されている。
この凹部２８ｂが形成されることにより、ギヤプランジャ２８の外周部に円筒部２８ｃが形成された状態になる。そして、円筒部２８ｃの外周面であって、かつモータ部３側に鉄心２８ａが装着された状態になる。

ここで、スイッチプランジャ２７の内周面には、ギヤプランジャ２８における円筒部２８ｃのモータ部３側端部に当接・離反するリング部材７１が一体成形されている。リング部材７１は、スイッチプランジャ２７がリングギヤ２３側へ向かって移動する際、ギヤプランジャ２８をリングギヤ２３側に向かって押圧するためのものである。
すなわち、ギヤプランジャ２８における円筒部２８ｃのモータ部３側端部は、スイッチプランジャ２７のリング部材７１に当接する当接部２８ｄとして機能している。

スイッチユニット７の固定接点板３４が固定されているブラシステー３３には、コンミテータ６１の周囲に４つのブラシ４１が進退可能に配置されている。
各ブラシ４１の基端側には、コイルスプリング４２が設けられている。このコイルスプリング４２によって、各ブラシ４１がコンミテータ６１側に向かって付勢され、各ブラシ４１の先端がコンミテータ６１のセグメント６２に摺接するようになっている。

４つのブラシ４１は、２つの陽極側ブラシと２つの陰極側ブラシとで構成され、このうち２つの陽極側ブラシが不図示のピグテールを介して固定接点板３４の第１固定接点板３４ａに接続されている。一方、固定接点板３４の第２固定接点板３４ｂには、ターミナルボルト４４を介して不図示のバッテリの陽極が電気的に接続される。

すなわち、固定接点板３４に可動接点板８が当接した際、ターミナルボルト４４、固定接点板３４、ピグテール（不図示）を介して４つのブラシ４１のうちの２つの陽極側ブラシに電圧が印加され、コイル５９に電流が供給されるようになっている。
ターミナルボルト４４は、スタータ１に取り付けるためのカバー４５を有している。カバー４５は、ヨーク１０、およびハウジング１７に挟持された状態で固定されている。

また、４つのブラシ４１のうち、２つの陰極側ブラシは、不図示のピグテールを介して後述のセンタープレート４３に接続されている。そして、このセンタープレート４３、ハウジング１７、および不図示の車体を介して、バッテリの陰極に４つのブラシ４１のうちの２つの陰極側ブラシが電気的に接続されるようになっている。

ブラシステー３３とトッププレート１２との間には、金属により形成されたリング状のセンタープレート４３が介設されており、遊星歯車機構２とブラシ付直流モータ５１との間を隔絶している。このセンタープレート４３の径方向略中央には、円筒部４３ａがコンミテータ６１側に向かって突設されている。

円筒部４３ａの内径は、回転軸５２の直径よりもやや大きく設定されており、円筒部４３ａと回転軸５２との間の微小間隙が形成されるようになっている。この円筒部４３ａの遊端は、コンミテータ６１の端面に形成された凹部６１ａに臨まされ、遊星歯車機構２のグリスがコンミテータ６１側へ漏洩することを防止している。

（スタータの動作）
次に、図１、図２に基づいて、スタータ１の動作について説明する。
図２は、図１の要部拡大図であって、電磁装置９の動作説明図である。
図１、図２における中心線の上側の状態に示すように、まず、励磁コイル２４に電流を供給する前の静止状態にあっては、スイッチプランジャ２７は、第１リターンスプリング３５に付勢されてモータ部３側（図１、図２における右側）へ一杯に移動し、外フランジ部２９がトッププレート１２に当接した状態で停止している。そして、外フランジ部２９に立設されている連結ロッド３０に設けられている可動接点板８は、固定接点板３４に対して離間している。

これと同時に、第２リターンスプリング２１に付勢されたクラッチアウタ１８が、ピニオン６と一体化されているクラッチインナ２２、およびギヤプランジャ２８をモータ部３側へ一杯に移動している。そして、クラッチ５のクラッチアウタ１８がストッパ９４に当接した位置で停止しており、ピニオン６とリングギヤ２３との結合が断たれている。

この状態からイグニションスイッチをオンすると、励磁コイル２４に電流が供給されて励磁される。すると、スイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８を磁束が通る磁路が形成され、これらスイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８がリングギヤ２３側（図１における左側）へ向かって移動する（図１、図２における中心線の下側参照）。

ここで、スイッチプランジャ２７がギヤプランジャ２８の鉄心２８ａよりも励磁コイル２４に近接しているので、ギヤプランジャ２８に先行してスイッチプランジャ２７が移動する。しかしながら、スイッチプランジャ２７の内周面にリング部材７１が一体成形されているので、このリング部材７１がギヤプランジャ２８の当接部２８ｄを押圧し、スイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８が一体となってリングギヤ２３側へ向かって移動する（図２における２点鎖線参照）。

スイッチプランジャ２７がリングギヤ２３側へ向かって移動すると共に、スイッチプランジャ２７が移動した分、ギヤプランジャ２８が移動する。すると、このギヤプランジャ２８にクラッチ５のクラッチアウタ１８が押圧される。このため、ギヤプランジャ２８が移動した分、クラッチ５がリングギヤ２３側へ向かって移動し、さらに、クラッチ５と一体化しているピニオン６がリングギヤ２３側へ向かって押し出される。

ここで、クラッチ５を構成するクラッチアウタ１８には、これに形成されているスリーブ１８ａのヘリカルスプライン１８ｂと出力軸４のヘリカルスプライン１９とが噛合っている。このため、出力軸４の回転方向を正回転としたとき、クラッチ５、およびピニオン６は、ヘリカルスプライン１９に沿うように僅かに逆回転しながらリングギヤ２３側へ向かって押し出される。
すなわち、イグニションスイッチをオンし、励磁コイル２４に電流が供給された時点において、ピニオン６は、スイッチプランジャ２７のフルストローク分、リングギヤ２３側へ向かって移動した状態になる。

また、スイッチプランジャ２７が接点間を開いた状態において、外フランジ部２９とヨーク２５の底部２５ａとの間に形成されている間隙Ｋ１、固定接点板３４と可動接点板８との間に形成されている間隙Ｋ２、およびピニオン６とリングギヤ２３との間に形成されている間隙Ｋ３は、それぞれ式（１）、式（２）を満たすように設定されている。

このため、スイッチプランジャ２７のフルストロークに対して早めに可動接点板８が固定接点板３４に接触し、かつ可動接点板８が連結ロッド３０に対して軸線方向変位可能に浮動支持されているので、コイルばね３２の押圧力が両接点板８，３４間に加わることになる。さらに、リングギヤ２３の直前でピニオン６が停止した状態になる。

固定接点板３４に可動接点板８が接触すると、４つのブラシ４１のうちの２つの陽極側ブラシにバッテリの電圧が印加され、コンミテータ６１のセグメント６２を介してコイル５９が通電される。すると、アーマチュアコア５８に磁界が発生し、この磁界とヨーク１０に設けられている永久磁石５７との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、アーマチュア５４が継続的に回転する。

アーマチュア５４が回転することにより、このアーマチュア５４の回転軸５２の回転力が遊星歯車機構２を介して出力軸４に伝達され、出力軸４が回転する。出力軸４が回転することにより、出力軸４のヘリカルスプライン１９に噛合うクラッチアウタ１８が連れ回り、クラッチ５に慣性力が作用する。そして、慣性力によってクラッチ５、およびピニオン６がヘリカルスプライン１９に沿うように回転しながら、さらにリングギヤ２３側へ向かって押し出される。

このとき、ピニオン６とリングギヤ２３との噛合わせ位相がずれていると、リングギヤ２３にピニオン６が歯当たりして噛合わない。この場合、ピニオン６とクラッチ５のクラッチインナ２２との間に設けられているコイルスプリング１１が圧縮変形し、ピニオン６のリングギヤ２３に対する歯当たりの衝撃を吸収しつつ、ピニオン６にリングギヤ２３側に向かう付勢力を付与する。

すなわち、リングギヤ２３にピニオン６が歯当たりして噛み合いに失敗しても、コイルスプリング１１を圧縮変形させながら、ピニオン６がリングギヤ２３により軸線方向への移動を止められた状態において、可動接点板８が固定接点板３４への接触によりアーマチュア５４が回転することにより、ピニオン６が回転し、ピニオン６は、リングギヤ２３との噛合わせ位相が合ったところで、リングギヤ２３に確実に噛合う。

ここで、スイッチプランジャ２７がリングギヤ２３側へ向かって移動した状態において、スイッチプランジャ２７とプランジャホルダ２６との間に間隙が生じるようになっている。この間隙から励磁コイル２４の磁束が漏れ（漏れ磁束）、この漏れ磁束によりギヤプランジャ２８の鉄心２８ａが吸引され、ギヤプランジャ２８にリングギヤ２３側へ向かう力が作用する。
このため、クラッチ５、およびピニオン６がリングギヤ２３側へ向かって移動すると、これらクラッチ５、およびピニオン６に追随するように、ギヤプランジャ２８がスイッチプランジャ２７から離反してリングギヤ２３側へ向かって移動する（図２における矢印Ｙ１参照）。

また、アーマチュア５４の回転が安定し、加速が止まると、出力軸４の回転、およびヘリカルスプライン結合によるピニオン６をリングギヤ２３側へ向かって移動させる慣性力が弱まることになる。しかしながら、ギヤプランジャ２８にリングギヤ２３側へ向かう力が作用するので、ピニオン６のリングギヤ２３からの抜けを防止することができる。
さらに、ピニオン６がリングギヤ２３に噛み合うと、出力軸４にヘリカルスプライン結合されているピニオン６が、出力軸４の回転に伴ってリングギヤ２３へ十分に噛み合う位置までピニオン６が移動し得る。

ピニオン６の噛み合い位置では、ストッパプレート２０にクラッチアウタ１８が当接するようになっている。ストッパプレート２０によってクラッチアウタ１８の軸線方向への移動が規制されるので、出力軸４の回転力がヘリカルスプライン結合しているピニオン６を介してリングギヤ２３に伝達され、これによってエンジンが起動する。

エンジンが起動し、ピニオン６の回転速度が出力軸４の回転速度を上回ると、クラッチ５が作用してピニオン６が空転する。
また、励磁コイル２４への通電を停止すると、クラッチアウタ１８に対する第２リターンスプリング２１の付勢力、およびスイッチプランジャ２７に対する第１リターンスプリング３５の付勢力により、ピニオン６がリングギヤ２３から離脱すると共に、可動接点板８が固定接点板３４から離間してブラシ付直流モータ５１が停止する。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、スイッチプランジャ２７の内周面に、ギヤプランジャ２８の当接部２８ｄに対して、当接・離反するリング部材７１を一体成形しているので、スイッチプランジャ２７がリングギヤ２３側へ向かって移動する際、スイッチプランジャ２７とギヤプランジャ２８とを一体となって移動させることができる。このため、モータ部３に通電された時点でピニオン６をスイッチプランジャ２７の移動分、リングギヤ２３側へ押し、リングギヤ２３にピニオン６を近接させることができる。

すなわち、各プランジャ２７，２８が移動することによってピニオン６（クラッチ５）に付勢される押圧力と、出力軸４が回転することによってピニオン６（クラッチ５）に生じる慣性力との２つの力でピニオン６を移動させるので、励磁コイル２４が通電され、モータ部３が回転し始めてからピニオン６とリングギヤ２３とが互いに噛合うまでの時間が従来よりも短くなる。

より詳しく、図３に基づいて説明する。
図３は、縦軸をピニオン６のストローク量（移動量）、励磁コイル２４への印加電圧値、およびブラシ付直流モータ５１に供給される電流値とし、横軸を時間とした場合のストローク量、印加電圧値、および電流値の変化を示し、従来と本実施形態との違いを比較したグラフである。

同図に示すように、イグニションスイッチがオンされ、励磁コイル２４に電圧が印加されると、励磁コイル２４に生じる磁気的吸引力によりスイッチプランジャ２７が移動し、その後、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給されることが確認できる。また、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給されると、アーマチュア５４が回転し始め、時間経過と共にアーマチュア５４の回転速度が速くなり、これに従ってブラシ付直流モータ５１に供給される電流値が減少することが確認できる。さらに、アーマチュア５４の回転に伴い、ピニオン６のストローク量が徐々に増大していくのが確認できる。
なお、図３において、破線Ｌ１は、リングギヤ２３にピニオン６が噛合う位置を示している。

ここで、従来の場合、アーマチュア５４が回転し、クラッチ５（ピニオン６）に慣性力が作用して初めてピニオン６がリングギヤ２３側へ向かって押し出されるので、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給されてからピニオン６がリングギヤ２３に噛合うまでの時間Ｔ１が長い。
これに対し、本実施形態の場合、励磁コイル２４に電圧が印加され、スイッチプランジャ２７が移動し始めるとリング部材７１がギヤプランジャ２８の当接部２８ｄを押圧し、ギヤプランジャ２８を介してピニオン６が移動し始める。このため、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給された時点でピニオン６はリングギヤ２３に近接している（図３におけるＰ１参照）。よって、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給されてからピニオン６がリングギヤ２３に噛合うまでの時間Ｔ２が時間Ｔ１よりも短い。

図４は、縦軸をブラシ付直流モータ５１に供給される電流値、およびアーマチュア５４の回転数とし、横軸を時間とした場合の電流値、および回転数の変化を示すグラフであって、（ａ）は従来の場合、（ｂ）は本実施形態の場合について示している。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）における直線Ｌ２は、リングギヤ２３にピニオン６が噛合う時間を示している。

図４（ａ）に示すように、従来の場合、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給されてからピニオン６がリングギヤ２３に噛合うまでの時間Ｔ１が長いので、この分アーマチュア５４の回転数が増大してリングギヤ２３にピニオン６が噛合されることが確認できる。
一方、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の場合、ブラシ付直流モータ５１に電流が供給されてからピニオン６がリングギヤ２３に噛合うまでの時間Ｔ２が従来と比較して短いので、この分アーマチュア５４の回転数が減少したところでリングギヤ２３にピニオン６が噛合されることが確認できる。

したがって、アーマチュア５４の回転数が減少する分、リングギヤ２３にピニオン６が噛合う瞬間のクラッチ５にかかる負荷が従来よりも軽減される。このため、クラッチ５の摩耗が低減され、使用頻度に関わらず、安定して出力軸４の回転力をリングギヤ２３に伝達させることが可能になる。

また、上述の実施形態によれば、スイッチプランジャ２７の内周面にリング部材７１を設けるだけで、励磁コイル２４の通電時にスイッチプランジャ２７とギヤプランジャ２８とを一体に移動させることができる。このように、簡素な構造でクラッチ５にかかる負荷を軽減することができるので、電磁装置９の製造コストを低減することが可能になる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、外フランジ部２９とヨーク２５の底部２５ａとの間の間隙Ｋ１（スイッチプランジャ２７のストローク量）と、スイッチプランジャ２７が接点間を開いた状態において、ピニオン６とリングギヤ２３との間に形成されている間隙Ｋ３（図１参照）とを式（２）を満たすように設定し、スイッチプランジャ２７のフルストローク状態では、リングギヤ２３の直前でピニオン６が停止した状態になる場合について説明した。

しかしながら、これに限られるものではなく、間隙Ｋ１と間隙Ｋ３とを、
Ｋ１≧Ｋ３
を満たすように設定し、スイッチプランジャ２７のフルストローク状態において、リングギヤ２３にピニオン６が噛合うようにしてもよい。この場合、リングギヤ２３とピニオン６との噛合い時におけるアーマチュア５４の回転速度をさらに減速させることができる。このため、クラッチ５にかかる負荷をさらに軽減することが可能になる。

また、スイッチプランジャ２７のフルストローク状態でリングギヤ２３にピニオン６を噛合わせる場合、クラッチインナ２２とピニオン６との間に形成された収納部６ｂに収納されているコイルスプリング１１は、ピニオン６とリングギヤ２３との噛合い時に両者６，２３の噛合わせ位相がずれた場合、およびリングギヤ２３とピニオン６との噛合い抵抗が大きい場合等、スイッチプランジャ２７の移動を阻害しないようにするための阻害防止部として機能する。

すなわち、リングギヤ２３にピニオン６が当接、または引っ掛かった状態の場合であってもスイッチプランジャ２７の移動に伴ってコイルスプリング１１が圧縮変形し、確実に固定接点板３４と可動接点板８とを接触させてブラシ付直流モータ５１に通電することができる。これにより、アーマチュア５４が回転し始めるので、ピニオン６（クラッチ５）に慣性力が作用し、リングギヤ２３とピニオン６とを確実に噛合わせることが可能になる。

また、上述の実施形態では、スイッチプランジャ２７とギヤプランジャ２８とを互いに係脱可能に構成するための係合部として、スイッチプランジャ２７の内周面にリング部材７１を一体形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、励磁コイル２４の通電に伴うスイッチプランジャ２７の移動と同時に、スイッチプランジャ２７とギヤプランジャ２８とを互いに係合する係合部をスイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８の何れか一方に設ければよい。また、スイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８の何れか他方に、一方に設けられた係合部と係合可能な部材を設けてもよい。

１スタータ
３モータ部
４出力軸
５クラッチ
６ピニオン
７スイッチユニット（接点機構）
９電磁装置
２４励磁コイル
２７スイッチプランジャ（外側プランジャ）
２８ギヤプランジャ（内側プランジャ）
５１ブラシ付直流モータ
５２回転軸
５４アーマチュア
７１リング部材（環状部材）

Claims

モータ部と、
前記モータ部の回転力を受けて回転する出力軸と、
前記出力軸に螺合されたピニオンと、
前記モータ部への通電、遮断を行うための電磁装置とを備え、
前記電磁装置は、
励磁コイルと、
前記励磁コイルの通電に伴い、軸線方法に沿って移動するプランジャ機構と、
前記プランジャ機構の軸線方向への移動に伴い断続される接点機構とを有し、
前記プランジャ機構と前記ピニオンとの間に、クラッチを設けたスタータにおいて、
前記プランジャ機構は、前記励磁コイルの通電に伴い、軸線方向に沿って移動する内側プランジャと、外側プランジャとを有し、
前記外側プランジャの軸線方向への移動に伴い、前記モータ部に通電が行われ、
前記内側プランジャ、および外側プランジャの何れか一方に、他方と係脱可能な係合部を設け、
この係合部は、前記励磁コイルの通電に伴う前記外側プランジャの軸線方向への移動の際、前記外側プランジャと前記内側プランジャとが互いに係合するように構成され、
前記内側プランジャと前記外側プランジャとが一体となって移動することにより、前記ピニオンに押圧力が付勢され、前記ピニオンをエンジンのリングギヤ側に向かって押し出した後に、前記接点機構の接続に伴う前記モータ部への通電によって前記出力軸が回転し、この出力軸に対する前記ピニオンの慣性力により、さらに前記ピニオンを押し出すよう、前記押圧力、および前記慣性力によって、前記ピニオンを軸線方向に沿って移動させることを特徴とするスタータ。
前記内側プランジャおよび前記外側プランジャは、二重円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスタータ。
前記係合部は、前記外側プランジャの内周面に設けられた環状部材であって、
前記外側プランジャが軸線方向に沿って移動する際、前記環状部材が前記内側プランジャの軸線方向端面に当接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタータ。