JP5535788B2 - スタータモータ - Google Patents

Description

この発明は、例えば船外機のエンジン始動用に用いられるスタータモータに関するものである。

一般に、船外機のエンジンを始動させる際、スタータモータの出力軸に取り付けられたピニオンギヤと、クランクシャフトに取り付けられたリングギヤとを噛合いさせ、スタータモータの回転力をクランクシャフトに伝達することによりエンジンを始動させる。
この種のスタータモータは、磁極を有するヨーク内にアーマチュアが回転自在に支持されている。アーマチュアは、出力軸と、この出力軸に巻線が巻装されたアーマチュアコアと、出力軸のアーマチュアコアよりも一端側に設けられ、コンミテータとを備え、コンミテータにブラシが摺接されている。

コンミテータは円柱状に形成されたものであって、外周面に複数のセグメントが設けられており、各セグメントに巻線が接続されている。また、ブラシは、セグメントに摺接するようにコンミテータの径方向外側に配置されており、スプリングによって径方向内側に向かって、つまり、コンミテータ側に向かって付勢されている。そして、ブラシに電圧が印加されることにより、コンミテータを介して巻線に電流が供給され、出力軸が回転するようになっている。
一方、出力軸のアーマチュアコアよりも他端側には、ピニオンギヤがヘリカルスプライン嵌合されている。そして、出力軸が回転すると慣性力によってピニオンギヤが押出されてリングギヤと噛合い、出力軸の回転力がクランクシャフトに伝達される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ここで、船外機に用いられるスタータモータは、レイアウトの都合上縦置きに配置される場合が多い。すなわち、出力軸が鉛直方向に沿うようにスタータモータを配置し、コンミテータが鉛直方向下側に位置していると共に、リングギヤが鉛直方向上側に位置している。そして、リングギヤが出力軸の回転力を受けて鉛直方向上方、つまり、重力方向とは反対側に向かって押出される。

特開平４−１４８０６０号公報 特開２００９−１２１４３０号公報

ところで、上述の従来技術にあっては、ピニオンギヤが押出された際、噛み合わせ位相のずれなどによってピニオンギヤが衝撃を受けると、出力軸にピニオンギヤの押出し方向とは反対側、つまり、鉛直方向下方に向かうスラスト反力が作用する。このスラスト反力により、出力軸が下方に向かって変位すると、これに伴ってコンミテータも下方に向かって変位する。
このような場合、コンミテータとブラシとの摺接位置が変化し、コンミテータに対するブラシの接触不良が生じる虞があるという課題がある。
また、コンミテータに対するブラシの接触不良が生じるとブラシの摩耗が促進され、ブラシの寿命が短くなるという課題がある。

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、ブラシによる電流の供給安定化、およびブラシの延命化を図ることができるスタータモ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、磁極を有するヨークハウジングと、前記ヨークハウジング内に回転自在に支持されている回転軸、前記回転軸に外嵌固定され、巻線が巻装されているアーマチュアコア、および前記回転軸の前記アーマチュアコアよりも一端側に外嵌固定され、前記巻線が接続されているディスクコンミテータを有するアーマチュアと、前記回転軸の前記アーマチュアコアよりも他端側に、前記回転軸と一体となって回転するように設けられ、エンジンのリングギヤに噛合可能なピニオンギヤを有するピニオン機構と、前記ディスクコンミテータに向かって付勢されながら前記ディスクコンミテータに摺接し、このディスクコンミテータを介して前記巻線に給電を行うブラシとを備え、前記回転軸の回転力を受けて前記ピニオン機構がエンジンのリングギヤ側に向かって押出されて前記リングギヤに前記ピニオンギヤが噛合されるスタータモータであって、前記ディスクコンミテータに対し、前記ブラシが前記ピニオン機構の押出し方向に向かって付勢されており、前記リングギヤへの前記ピニオンギヤの噛合い動作による衝撃によって前記回転軸に作用するスラスト力を前記ブラシで受けることを特徴とする。

このように構成することで、ピニオン機構の噛合い動作による衝撃によって、回転軸に、ピニオン機構の押出し方向とは反対側に向かうスラスト反力が作用した場合であっても、このスラスト反力をブラシで受けることが可能になる。このため、コンミテータにブラシを密着させることができ、コンミテータに対するブラシの接触不良を防止することができる。よって、ブラシによる電流の供給を安定させることができると共に、ブラシの延命化を図ることができる。

請求項２に記載した発明は、前記回転軸に、前記ピニオン機構を螺合させたことを特徴とする。

このように構成することで、回転軸の回転力を受けてピニオン機構を押出す、所謂慣性飛び込み式のスタータモータに好適に用いることができる。また、ディスクコンミテータを用いることにより、従来のように円柱状のコンミテータを用いる場合と比較して、慣性飛び込み式のスタータモータの小型化を図ることが可能になる。

請求項３に記載した発明は、前記ピニオン機構が重力方向とは反対方向に向かって押出されるように配置したことを特徴とする。

このように構成することで、船外機としてスタータモータを縦置きに用いた場合、スラスト反力のみならず、アーマチュアの自重もブラシで受けることができる。このため、コンミテータに対するブラシの接触圧をさらに高めることができ、コンミテータとブラシとの間の接触抵抗を低減することができる。よって、ブラシによる電流の供給をより安定させることができる。

本発明によれば、ピニオン機構の噛合い動作による衝撃によって、回転軸に、ピニオン機構の押出し方向とは反対側に向かうスラスト反力が作用した場合であっても、このスラスト反力をブラシで受けることが可能になる。このため、コンミテータにブラシを密着させることができ、コンミテータに対するブラシの接触不良を防止することができる。よって、ブラシによる電流の供給を安定させることができると共に、ブラシの延命化を図ることができる。

本発明の実施形態におけるスタータモータの一部断面図である。 本発明の実施形態におけるスタータモータの要部拡大断面図である。

（スタータモータ）
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、スタータモータの一部断面図である。
同図に示すように、スタータモータ１は、例えば、不図示の船舶用のエンジンの始動に必要な回転力を発生するための所謂慣性飛び込み式のスタータモータである。スタータモータ１は、フロントブラケット２（図１における上側）と、フロントブラケット２に一端部が固定される円筒状のステータ３と、ステータ３の他端部を閉塞するリヤブラケット４（図１における下側）と、ステータ３内に配置され、フロントブラケット２、およびリヤブラケット４に回転自在に支持されるアーマチュア５と、アーマチュア５の回転軸１０の一端側（図１における上端側）に設けられているピニオン機構６０とを備えている。

フロントブラケット２は、例えばアルミダイカスト等により略円板状に形成されたものであって、径方向中央に回転軸１０を挿通可能な貫通孔１５が設けられている。この貫通孔１５を介し、回転軸１０の一端がフロントブラケット２から突出している。貫通孔１５のステータ３側には、回転軸１０の一端部を回転自在に支持する軸受１６が圧入固定されている。また、貫通孔１５のピニオン機構６０側に、オイルシール１７が設けられている。

さらに、フロントブラケット２の外周縁には、ステータ３の一端が内嵌されるリング状の嵌合部２ａがステータ３側に向かって突設されている。
また、フロントブラケット２の外周部には、ボルト１９を挿通可能な挿通孔（不図示）が形成されている。この挿通孔にボルト１９を挿通し、ステータ３を介してリヤブラケット４にボルト１９が締結されることにより、フロントブラケット２がステータ３に固定されるようになっている。

ステータ３は、例えば鉄等により形成されたものであって、筒部２１Ａを有する略円筒状のヨーク２１を備えている。ヨーク２１のフロントブラケット２側の周縁には、嵌合部２ａに嵌合可能な嵌合部３ａが形成されている。一方、ヨーク２１のリヤブラケット４側の周縁には、リヤブラケット４に内嵌可能な嵌合部３ｂが形成されている。
また、ヨーク２１の内周側には、界磁用の瓦状に形成されたマグネット２２が周方向に沿って複数固着されている。マグネット２２には、例えば、ネオジウム系の希土類磁石などを用いることができる。

アーマチュア５は、回転軸１０にアーマチュアコア１１と、コンミテータ１２とが外嵌固定されたものである。アーマチュアコア１１は、例えば鉄心片を積層して製造され、回転軸１０を中心にして放射状に延びる複数のティース６を有する。各ティース６間には、軸方向に長い蟻溝状のスロット７が形成されており、このスロット７を介してティース６に巻線１３が巻装されるようになっている。

コンミテータ１２は、略円板状に形成された所謂ディスク型コンミテータであって、回転軸１０のアーマチュアコア１１よりも他端側（図１における下端側）に外嵌固定されている。コンミテータ１２のリヤブラケット４側の面には、複数のセグメント１４が回転軸１０を中心に放射状に配設されている。各々セグメント１４間には、これらセグメント１４間の絶縁を確保するためのスリット（不図示）が形成されている。また、各セグメント１４には、巻線１３の一端が接続されている。

リヤブラケット４は、例えばアルミダイカスト等により有底筒状に形成されたものであって、外周部に刻設されている雌ネジ部２３にボルト１９が螺入されることにより、ステータ３に固定されるようになっている。リヤブラケット４の底部４Ａには、径方向中央にボス部２５がステータ３側に向かって突設されている。このボス部２５には、アーマチュア５の回転軸１０の他端を回転自在に支持するための軸受２６が圧入されている。

リヤブラケット４の底部４Ａの内側には、ブラシホルダ３０が固定されている。ブラシホルダ３０は有底筒状の樹脂成型品であり、底面３９がリヤブラケット４の底部４Ａに当接した状態で配置されている。ブラシホルダ３０の径方向中央には、リヤブラケット４のボス部２５の外周面を覆うように形成されたホルダボス３０Ａが突設されている。すなわち、リヤブラケット４に突設されたボス部２５とブラシホルダ３０に突設されたホルダボス３０Ａとによってアーマチュア５の回転軸１０の他端を回転自在に支持する軸受けボスが構成された状態になっている。

また、リヤブラケット４には、ホルダボス３０Ａを囲むように４つのホルダ部３１が一体に設けられている。ホルダ部３１は軸方向に延びており、それぞれにコンミテータ１２のセグメント１４に摺接する導電性のブラシ３２が軸方向に沿って進退自在に収容されている。
ブラシ３２は、ホルダ部３１内に配置されたスプリング３３により、軸方向コンミテータ１２側に向かって付勢されている。ブラシ３２には、不図示のピグテールの一端が溶着などによって固定されている。このピグテールは、ホルダ部３１の側部に形成されたスリット（不図示）から引き出される。

ここで、４つのブラシ３２のうち、２つのブラシ３２は、陽極側ブラシとして構成され、残りの２つのブラシ３２は、陰極側ブラシとして構成されている。陰極側ブラシを構成する２つのブラシ３２は、このブラシ３２から引き出されたピグテールの他端が不図示のアース端子に接続されており、アース端子を介して接地された状態になっている。一方、陽極側ブラシを構成する２つのブラシ３２は、このブラシ３２から引き出されたピグテールの他端が給電板３５に接続されている。給電板３５は、ブラシホルダ３０内に設けられており、リヤブラケット４に設けられているターミナルボルト（給電端子）３６に接続されている。

ターミナルボルト３６は、不図示の外部電源と給電板３５とを電気的に接続するためのものであって、ボルト本体５１と、ボルト本体５１の基端に設けられ、ブラシホルダ３０内に配置される頭部４１とからなる。
ボルト本体５１は、ブラシホルダ３０、およびリヤブラケット４のそれぞれに形成された端子挿入孔４２，４３を介して内面側から外側へと突出している。ボルト本体５１の先端側（図１における下端側）には、雄ネジ部５２が刻設されており、ここにナット４７が螺入されるようになっている。

また、ブラシホルダ３０、およびリヤブラケット４のそれぞれに設けられた端子挿入孔４２，４３には、Ｏリング４４が挿入されている。これによって、ターミナルボルト３６のボルト本体５１と端子挿入孔４２，４３との間の間隙がシールされる。
一方、リヤブラケット４の外側では、ターミナルボルト３６に、樹脂ブッシュ４５と、ストッパワッシャ４６とを通した後でナット４７を締め込んである。このように、ターミナルボルト３６とナット４７とにより、ブラシホルダ３０とリヤブラケット４を挟み込んでいる。また、樹脂ブッシュ４５には、ナット４７を囲むように絶縁性のリング部材４８が一体成形されている。

（ピニオン機構）
ピニオン機構６０は、クラッチ６１と、ピニオンギヤ６２とを有しており、回転軸１０の一端側（図１における上端側）の外周に取り付けられている。より具体的には、回転軸１０のフロントブラケット２から突出している部位であって、かつフロントブラケット２寄りに、ヘリカルスプライン６３が形成されており、ここに、クラッチ６１を構成する有底筒状のクラッチハウジング６４が螺合されている。
クラッチハウジング６４の底部６４Ａには、回転軸１０のヘリカルスプライン６３に噛合うヘリカルスプライン６５が形成されている。

クラッチハウジング６４の内側には、回転軸１０の周囲を取り囲むように筒状に形成されたクラッチインナ６６が回転軸１０に対してスライド移動可能に外嵌されている。また、クラッチインナ６６は、クラッチローラ６７を介し、クラッチハウジング６４に対して軸方向に変位不能、かつ相対回転可能に係合されている。さらに、クラッチハウジング６４の開口部６４Ｂには、この開口部６４Ｂを閉塞するようにホルダ６８が設けられており、この上からクラッチカバー５９で周囲が覆われている。

ホルダ６８は、クラッチハウジング６４内への塵埃の侵入を防止するためのものであって、略環状に形成されており、内周縁にシールリング６８Ａが設けられている。ホルダ６８の径方向中央には、クラッチインナ６６が軸方向外側に向かって突出されており、クラッチインナ６６の外周面がシールリング６８Ａの内周縁に摺接した状態になっている。

このように、クラッチ６１は、クラッチハウジング６４、クラッチインナ６６、クラッチローラ６７、およびホルダ６８を主な構成としている。そして、クラッチ６１は、クラッチハウジング６４とクラッチインナ６６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。

クラッチインナ６６の先端部、つまり、ホルダ６８から突出した端部には、ピニオンギヤ６２が一体成形されている。
ピニオンギヤ６２は、不図示のエンジンのリングギヤ６９に噛合うことにより、回転軸１０の回転力をリングギヤ６９に伝達してエンジンを始動させるためのものである。ピニオンギヤ６２は、回転軸１０に対してスライド移動自在に外嵌されている。

回転軸１０の一端には、ストッパ７１が外嵌されている。ストッパ７１は、回転軸１０の一端に取り付けられている止め輪７２により、抜け方向への移動が規制されている。ストッパ７１の抜け方向が規制されることにより、ピニオン機構６０の抜け方向も規制される。また、ストッパ７１とピニオンギヤ６２との間には、回転軸１０の周囲を取り囲むように形成されたリターンスプリング７３が設けられている。このリターンスプリング７３によって、ピニオンギヤ６２に常時フロントブラケット２側に向かって押し戻される力が付勢される。

（スタータモータの動作）
次に、図１、図２に基づいて、スタータモータ１の動作について説明する。
図２は、スタータモータ１の要部拡大断面図である。
図１、図２に示すように、スタータモータ１は、例えば、不図示の船体に、ピニオン機構６０が鉛直方向上方を向くように、かつ回転軸１０が鉛直方向に沿うように縦置きされる。
このような状態では、ブラシ３２は、鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かってスプリング３３により付勢され、コンミテータ１２のセグメント１４に摺接した状態になる。すなわち、アーマチュア５は、スプリング３３に付勢されているブラシ３２に支持された状態になる。

このような状態で、船舶のエンジンを始動すべく、イグニションスイッチをオンすると、ターミナルボルト３６を介してブラシ３２に電圧が印加され、コンミテータ１２を介してアーマチュア５の巻線１３に電流が供給される。
すると、アーマチュアコア１１に磁界が形成され、ヨーク２１のマグネット２２との間に磁気的な反発力や吸引力が作用し、回転軸１０が回転する。回転軸１０が回転することにより、回転軸１０のヘリカルスプライン６３に噛合うクラッチハウジング６４が連れ回り、クラッチ６１に慣性力が作用する。そして、慣性力によってピニオン機構６０がリターンスプリング７３のバネ力に抗し、ヘリカルスプライン６３に沿うように回転しながら、リングギヤ６９側、つまり、重力方向とは反対側の上方に向かって押し出される。

このとき、ピニオンギヤ６２とリングギヤ６９との噛合わせ位相がずれていると、リングギヤ６９にピニオンギヤ６２が歯当たりして噛合わない。このような場合、リングギヤ６９にピニオンギヤ６２が衝突することにより、ピニオン機構６０が衝撃を受ける。すると、アーマチュア５にピニオン機構６０の押出し方向とは反対側、つまり、鉛直方向下方に向かってスラスト反力Ｆ１（図１参照）が作用し、アーマチュア５が僅かに鉛直方向下方に向かって変位する（図１、図２における矢印Ｙ１参照）。

ここで、コンミテータ１２の下方にはブラシ３２が配置されており、このブラシ３２がスプリング３３によって、鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって付勢、つまり、ピニオン機構６０の押出し方向に向かって付勢されている。このため、アーマチュア５が僅かに鉛直下方に向かって変位することにより、スプリング３３が圧縮され、コンミテータ１２とブラシ３２との接圧が僅かに高まる。つまり、コンミテータ１２に対するブラシ３２の摺接位置が変化することがない。

一方、リングギヤ６９にピニオンギヤ６２が噛み合うと、回転軸１０の回転に伴ってピニオンギヤ６２がリングギヤ６９へ十分に噛み合う位置まで移動する。すると、回転軸１０の回転力がピニオン機構６０を介してリングギヤ６９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、ピニオンギヤ６２の回転速度が回転軸１０の回転速度を上回ると、クラッチ６１が作用してピニオンギヤ６２が空転する。これにより、エンジンが起動することによるリングギヤ６９の回転力が回転軸１０に伝達されてしまうことを防止できる。
さらに、回転軸１０の回転が安定すると、ピニオン機構６０に作用する慣性力が弱まる。すると、この慣性力よりもリターンスプリング７３のバネ力が上回ると共に、ピニオン機構６０の自重により、ピニオン機構６０が鉛直方向下方に向かって押し戻される。そしてこの後、スタータモータ１を停止する。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、スタータモータ１を、ピニオン機構６０が鉛直方向上方を向くように、かつ回転軸１０が鉛直方向に沿うように縦置きした状態において、コンミテータ１２の下方にブラシ３２が位置するように構成し、さらに、スプリング３３によって、ブラシ３２を鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって、つまり、ピニオン機構６０の押出し方向に向かって付勢するので、リングギヤ６９にピニオン機構６０が噛合う際の衝撃によって、回転軸１０にスラスト反力が作用した場合であっても、このスラスト反力をブラシ３２で受けることが可能になる。このため、コンミテータ１２にブラシ３２が密着し、コンミテータ１２に対するブラシ３２の接触不良を防止することができる。よって、ブラシ３２による電流の供給を安定させることができると共に、ブラシ３２の延命化を図ることができる。

しかも、ブラシ３２がスラスト反力のみならず、アーマチュア５の自重も受けることになるので、コンミテータ１２に対するブラシ３２の接触圧をさらに高めることができる。このため、コンミテータ１２とブラシ３２との間の接触抵抗を低減することができ、ブラシ３２による電流の供給をより安定させることができる。

また、回転軸１０に、ピニオン機構６０をヘリカルスプライン６３，６５を用いて螺合させ、ピニオン機構６０に作用する慣性力を利用してピニオン機構６０をリングギヤ６９側に向かって押出すように構成している。これに加え、コンミテータ１２をディスク形状を有する所謂ディスク型コンミテータにより構成している。このため、従来の円柱状のコンミテータを用いる場合と比較して慣性飛び込み式のスタータモータ１の小型化を図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、スタータモータ１を、ピニオン機構６０が鉛直方向上方を向くように、かつ回転軸１０が鉛直方向に沿うように縦置き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、回転軸１０が水平方向に沿うようにスタータモータ１を横置きにした場合であっても、本実施形態を好適に用いることができる。すなわち、スタータモータ１を横置きした場合であっても、ピニオン機構６０の噛合い動作によって生じるアーマチュア５のスラスト反力をブラシ３２で受けることができる。このため、コンミテータ１２に対するブラシ３２の接触不良を防止できる。

また、上述の実施形態では、回転軸１０にピニオン機構６０がスプライン嵌合されており、ピニオン機構６０に作用する慣性力を利用してピニオン機構６０をリングギヤ６９側に向かって押出す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、慣性力を利用せずに、ピニオン機構６０を押出す機構を別途設けてもよい。
さらに、回転軸１０に別途出力軸を相対回転不能に取り付け、この出力軸とピニオン機構６０とをスプライン嵌合させるように構成してもよい。

１ スタータモータ
５ アーマチュア
１０ 回転軸
１１ アーマチュアコア
１２ コンミテータ（ディスクコンミテータ）
１３ 巻線
２１ ヨーク（ヨークハウジング）
２２ マグネット（磁極）
３２ ブラシ
３３ スプリング
６０ ピニオン機構
６１ クラッチ
６２ ピニオンギヤ
６３，６５ ヘリカルスプライン
６９ リングギヤ

Claims (3)

1. 磁極を有するヨークハウジングと、
   前記ヨークハウジング内に回転自在に支持されている回転軸、前記回転軸に外嵌固定され、巻線が巻装されているアーマチュアコア、および前記回転軸の前記アーマチュアコアよりも一端側に外嵌固定され、前記巻線が接続されているディスクコンミテータを有するアーマチュアと、
   前記回転軸の前記アーマチュアコアよりも他端側に、前記回転軸と一体となって回転するように設けられ、エンジンのリングギヤに噛合可能なピニオンギヤを有するピニオン機構と、
   前記ディスクコンミテータに向かって付勢されながら前記ディスクコンミテータに摺接し、このディスクコンミテータを介して前記巻線に給電を行うブラシとを備え、
   前記回転軸の回転力を受けて前記ピニオン機構がエンジンのリングギヤ側に向かって押出されて前記リングギヤに前記ピニオンギヤが噛合されるスタータモータであって、
   前記ディスクコンミテータに対し、前記ブラシが前記ピニオン機構の押出し方向に向かって付勢されており、前記リングギヤへの前記ピニオンギヤの噛合い動作による衝撃によって前記回転軸に作用するスラスト力を前記ブラシで受けることを特徴とするスタータモータ。
2. 前記回転軸に、前記ピニオン機構を螺合させたことを特徴とする請求項１に記載のスタータモータ。
3. 前記ピニオン機構が重力方向とは反対方向に向かって押出されるように配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタータモータ。

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