JP5804742B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動時のスタータにおけるピニオンギアと、エンジンのリングギアとの噛み合い性の改善に関するものである。

従来のエンジン始動装置（以降スタータと称す）では、エンジンが停止している状態で、始動動作を行う。したがって、ピニオンギアは、リングギアが回転していない状態で、リングギアとの噛み合わせが行われていた。しかしながら、低燃費化のためにアイドリングストップを行うシステムにおいては、リングギア回転中にもピニオンギアをリングギアと噛み合わせることで、再始動性を確保している。

例えば、アイドリングストップした瞬間でエンジン回転がまだ止まっていない状態で再始動要求が入った場合、あるいは停止状態から再始動の際に時間を短縮する必要がある場合には、リングギアの回転中に事前にピニオンギアとの噛み合わせを実施している。

このような場合に、リングギアの回転中にピニオンギアを噛み合わせる方法としては、リングギアの回転数に同期させるようにピニオンギアのスタータモータを調速通電して噛み合わせる方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、事前に同期するための機構を設けることで、その機構部の摩擦により一定の回転数差まで同期させてからギアを噛み合わせる方法がある（例えば、特許文献２参照）。さらに、ピニオン形状を工夫することで、噛み合いやすくする方法などもある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−７０６９９号公報 特開２００６−１３２３４３号公報 特開２００９−１６８２３０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
リングギアは、エンジン停止後に惰性回転で減速するが、この場合、ピストンの圧縮膨張によるトルクの変動で回転数が脈動しながら停止する。したがって、例えば、特許文献１のように、エンジン始動装置（スタータ）にてリングギアとピニオンギアとの回転数を同期させて、これらを噛み合わせるためには、複雑な構成が必要となる。具体的には、リングギアとピニオンギアの回転数を取得または予測して、これらに基づき、スタータを制御して噛み合わせる複雑な構成が必要となる。

また、同期させるだけでなく、ピニオンギアとリングギアの位相を一致させなければ噛み合わない。このため、同期させたそれぞれのギアに対して、正確な回転方向の位置を認識する必要がある．しかしながら、このような高精度な制御を行うためには、高精度なエンコーダなどの検出器や、エンジン側ＥＣＵの高速演算処理が必要になる。また、エンコーダなどによるピニオンギアの位相の検出は、ピニオンギア自体が移動体であるため、取り付けることが困難であり、システムも複雑になるとともに、装置も大型化する。

さらに、それぞれの回転を予測してピニオンを飛び込ませる方法で簡易化することで、複雑な構成を実現化した場合でも、予測値の誤差と、ピニオンを軸方向に飛び込ませるタイミングのばらつきによって、当接時の回転数差が発生するため、正確な制御は困難である。

一方、例えば、特許文献２のように、ピニオンギアとリングギアを事前にシンクロ機構によって回転数を合わせて当接させる構成とすることで、より簡素な構成でリングギアとピニオンギアとの回転数を同期させることができる。しかしながら、ピニオンギアとリングギアは、通常、モータの小型化のためにもギア比が１０倍レベルで存在し、寸法構成上の制約から同軸上でない。したがって、ピニオンギアからリングギアへ当接させるシンクロ機構の摩擦面は、常にすべりが生じながらの同期となり、位相まで一致した完全な同期を実現することは困難である。

また、シンクロ機構において、同期した後にリングギアとピニオンギアが当接した時点では、その時点で偶然位相が一致している場合を除いて、リングギアとピニオンギアとの間ですべりが生じ、位相が一致した時点で噛み合うこととなる。このように、シンクロ機構を用いる構成においては、すべりによって同期させてからピニオンとリングギアを当接させることとなる。このため、その際の騒音や磨耗の問題、または別途同期させる磨耗面が必要となることから別途の空間が必要となるという問題があった。

また、例えば、シンクロ機構を用いる場合において、特許文献３のように、ピニオンギアとリングギアが噛み合いやすくするために、ピニオンの先端の形状を工夫して、歯先端に面取りなどを設けることが考えられる。これにより、特許文献３では、面取りによる空間分の挿入が可能になるとともに、面当りによる誘い効果を実施している。

ここで、リングギアが停止している状態での噛み合わせであれば、面取りによる誘い効果はある。しかしながら、リングギア回転中においてピニオンの相対回転数が異なる場合には、面取り部の当接によって両ギアが衝突することで、ピニオンを軸方向に押し戻す力成分が発生する。これにより、噛み合わせ時に衝突音や噛み合わせの遅れが生じるという問題があった。

このように、リングギア回転中にピニオンギアを噛み合わせる場合、より確実な同期と位相合わせを、当接した瞬時に行わないと、騒音、磨耗による寿命の低下、そして噛み合い時間のロスによる始動の遅れなどが生じることになる。

特に、ピニオンギアとリングギアが噛み合わせ時に回転数差が大きい場合には、歯と歯がこすれあって騒音を出しながら噛み合いを行うこととなる。この結果、歯の磨耗などによる寿命の問題とともに、面取り面などで回転数差のトルク力が軸方向の力となり大きくピニオンギアが弾き飛ばされて、噛み合い時間にロスが発生して再始動性も悪くなるといった問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、リングギア回転中にピニオンギアをリングギアと噛み合わせる場合においても、より確実な同期と位相合わせを当接した瞬時に行い、騒音、磨耗による寿命の低下、および噛み合い時間のロスによる始動性の遅れを抑制するエンジン始動装置を得ることを目的とする。

本発明に係るエンジン始動装置は、スタータモータと、スタータモータの出力軸側にスプライン結合された軸方向に摺動するピニオン部と、ピニオン部をリングギアとの噛み合い位置に移動させる押し出し機構を有し、押し出し機構により押し出されたピニオン部のピニオンと噛み合い、スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギアとを備えたエンジン始動装置において、ピニオン部は、同期用の突起形状を有し、リングギアとの噛み合い開始時にリングギアと最初に衝突する第１ピニオンギアと、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たす第２ピニオンギアとに、軸方向で２分割されたピニオンギアを有し、第１ピニオンギアの同期用の突起形状は、第２ピニオンギアの歯数と同じ数の突起で構成され、突起は、軸方向垂直断面の領域が第２ピニオンギアの面領域よりも小さく構成されており、第１ピニオンギアは、ピニオン部に対して独立して軸方向に移動できる構成を備え、第２ピニオンギアは、ピニオン部の軸方向において、バネにて押し出し方向に押さえ付けられて第１ピニオンギアを介してピニオン部の軸に位置決めされており、バネが縮むことで軸方向に移動できるものである。
また、本発明に係るエンジン始動装置は、スタータモータと、スタータモータの出力軸側にスプライン結合された軸方向に摺動するピニオン部と、ピニオン部をリングギアとの噛み合い位置に移動させる押し出し機構を有し、押し出し機構により押し出されたピニオン部のピニオンと噛み合い、スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギアとを備えたエンジン始動装置において、ピニオン部は、同期用の突起形状を有し、リングギアとの噛み合い開始時にリングギアと最初に衝突する第１ピニオンギアと、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たす第２ピニオンギアとに、軸方向で２分割されたピニオンギアを有し、第１ピニオンギアの同期用の突起形状は、第２ピニオンギアの歯数と同じ数の突起で構成され、突起は、軸方向垂直断面の領域が第２ピニオンギアの面領域よりも小さく構成されており、第１ピニオンギアは、ピニオン部に対して独立して軸方向に移動できる構成を備え、第２ピニオンギアは、ピニオン部の軸方向において、バネにて押し出し方向に押さえ付けられて第１ピニオンギアを介してピニオン部の軸に位置決めされており、バネが縮むことで軸方向に移動でき、第１ピニオンギアは、ピニオンギアの軸に対して径方向のガタを有するものである。

本発明によれば、ピニオン部のピニオンギアを、同期用の歯形状を先端に有する第１ピニオンギアと、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たす第２ピニオンギアに分割した構成とすることで、回転数差がある場合にも安定してピニオンとリングギアとを噛み合わせることが可能であり、リングギア回転中にピニオンギアを噛み合わせる場合においても、より確実な同期と位相合わせを当接した瞬時に行い、騒音、磨耗による寿命の低下、および噛み合い時間の時間のロスによる始動性の遅れが生じないエンジン始動装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の分解図である。 本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置をエンジンに取り付けた際の断面図である。 本発明の実施の形態１におけるピニオン部の構成部品の分解図である。 本発明の実施の形態１による第１ピニオンギアと第２ピニオンギアの詳細斜視図である。 本発明の実施の形態１による第１ピニオンギアとリングギアが衝突した瞬間のスタータ部の断面図である。 本発明の実施の形態１による第１ピニオンギアと第２ピニオンギアの正面からみた位置関係を示す図である。 本発明の実施の形態１による第１ピニオンギアとリングギアが衝突して第１ピニオンギアが傾いている状態のスタータ部の断面図である。 本発明の実施の形態１による図７の状態を経て、第１ピニオンギアにリングギアが挿入されて第２ピニオンギアに当接する状態のスタータ部の断面図である。 本発明の実施の形態１による図７、図８の状態を経て、第１ピニオンギアおよび第２ピニオンギアにリングギアが挿入され、噛み合い状態となったスタータ部の断面図である。 本発明の実施の形態１による第１ピニオンギアが突起で構成されている斜視図である。 本発明の実施の形態２におけるピニオン部の構成部品の分解図である。 本発明の実施の形態２による第１ピニオンギアと第２ピニオンギアの詳細斜視図である。 本発明の実施の形態２による第１ピニオンギアと第２ピニオンギアの正面からみた位置関係を示す図である。 本発明の実施の形態３におけるピニオン部の構成部品の分解図である。 本発明の実施の形態４におけるピニオン部の構成部品の分解図である。 本発明の実施の形態４による第１ピニオンギアとリングギアが衝突する前のスタータ部の断面図である。 本発明の実施の形態４による第１ピニオンギアとリングギアが衝突して第１ピニオンギアが傾いている状態のスタータ部の断面図である。

以下、本発明のエンジン始動装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の分解図である。図１に示す本実施の形態１におけるエンジン始動装置は、モータ駆動力部１０、軸２０、ピニオン部３０、吸引コイル部４０、プランジャ５０、レバー６０、ブラケット７０、ストッパ８０および減速ギア部９０で構成されている。

モータ駆動力部１０は、エンジンを始動する。軸２０は、モータの出力軸側と減速ギア部９０を介して結合している。ピニオン部３０は、軸２０とヘリカルスプライン結合されたオーバーランニングクラッチと一体化されており、軸方向に摺動することができる。

吸引コイル部４０は、スイッチをＯＮすることで、プランジャ５０を吸引する。レバー６０は、吸引によるプランジャ５０の移動を、ピニオン部３０に伝達する。ブラケット７０は、モータ駆動力部１０、軸２０、およびピニオン部３０からなるそれぞれの部品を、ピニオンが移動した際のストッパ８０を介してエンジン側に固定している。

図２は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置をエンジンに取り付けた際の断面図である。エンジン始動を行う場合は、スイッチがＯＮされると、リレー接点が閉じ、吸引コイル部４０の吸引コイル４１に電流が流れて、プランジャ５０が吸引される。プランジャ５０が吸引されると、レバー６０が引き込まれて、レバー６０がレバー回転軸中心６１を中心として回転する。

回転したレバー６０において、プランジャ５０とは反対側の端部が、ピニオン部３０を押し出し、その結果、軸２０のスプラインに沿って、ピニオン部３０が回転しながら押し出される。

図３は、本発明の実施の形態１におけるピニオン部３０の構成部品の分解図である。ピニオン部３０は、オーバーランニングクラッチ３１、軸芯３２、コイルバネ３３、第２ピニオンギア３４、第１ピニオンギア３５、および保持部品３６を備えて構成されている。

ここで、ピニオン部３０のピニオンギアは、第２ピニオンギア３４および第１ピニオンギア３５の２つに分割されている。そして、詳細は後述するが、第１ピニオンギア３５は、同期用の歯形状を先端に有しており、リングギア１００と衝突するためのギアであり、一方、第２ピニオンギア３４は、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たすギアである。また、第１ピニオンギア３５は、第２ピニオンギア３４よりギア厚さが薄く、慣性モーメントが小さく構成されている。

コイルバネ３３は、図３に示すように、軸芯３２と同軸上に配置されている。また、オーバーランニングクラッチ３１は、軸２０とヘリカルスプライン結合されている。軸芯３２は、オーバーランニングクラッチ３１からの伝達トルクを受けて、軸芯３２に彫られている溝で第１ピニオンギア３５、第２ピニオンギア３４へ回転力を伝える。

図４は、本発明の実施の形態１による第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４の詳細斜視図である。第１ピニオンギア３５および第２ピニオンギア３４には、軸２０方向に沿って移動できる溝として、それぞれ第１ピニオンギア溝部３５ａおよび第２ピニオンギア溝部３４ａが掘られている。

ここで、第２ピニオンギア溝部３４ａは、軸芯３２の溝とガタを最小限にして噛み合う溝として掘られている。一方、第１ピニオンギア溝部３５ａは、第２ピニオンギア溝部３４ａよりも、溝の幅方向および深さ方向に大きく掘られている。この結果、第１ピニオンギア溝部３５ａは、軸芯３２に対してガタをもつため、回転方向にこのガタ分だけ回転できる構造となっている。

図５は、本発明の実施の形態１による第１ピニオンギア３５とリングギア１００が衝突した瞬間のスタータ部の断面図である。押し出されたピニオン部３０は、まず始めに、２分割されたうちの第１ピニオンギア３５が、噛み合いの歯が回転方向にずれている分を衝突させながら、リングギア１００と噛み合うこととなる。

また、図６は、本発明の実施の形態１による第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４の正面からみた位置関係を示す図である。図６（ａ）は、第２ピニオンギア３４に対して、第１ピニオンギア３５が若干左回転した位置にある状態を示している。また、図６（ｂ）は、第２ピニオンギア３４に対して、第１ピニオンギア３５が若干右回転した位置にある状態を示している。

先の図５に示したように、第１ピニオンギア３５がリングギア１００に当接した際には、リングギア１００との当接面の回転方向の摩擦力で、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４との位置関係は、このような図６（ａ）、図６（ｂ）のどちらの位置関係にもなり得る。

すなわち、第１ピニオンギア３５は、リングギア１００に対して接触部の摩擦力によってガタの寸法分だけ回転により移動し、噛み合いの位相を探る動作をする。特に、第１ピニオンギア３５は、歯先外径エッジ部の処理面（面取り部３５ｅに相当）および端面（リングギア１００に対向する歯面に相当）以外に、ピニオンの軸方向の力成分を生じさせる面をもっていない。すなわち、リングギア１００と当接する部分としては、端面による面接触が基本となり、面取り部３５ｅの部分以外には面取りが成されていない。

この結果、第１ピニオンギア３５は、回転数差による衝撃力ではじかれることなく、リングギア１００と当接する。すなわち、第１ピニオンギア３５とリングギア１００が衝突した際に、回転数差が大きくても、ピニオンギアがはじかれることなく当接することができ、はじかれる噛み合いロスがなくなり、より回転数差が大きい場合にも、噛み合い動作を実施することが可能となる。さらに、歯面の衝突によって、リングギアとピニオンギアを同期させることができる。

そして、第１ピニオンギア３５の歯厚３５ｂは、第２ピニオンギア３４の歯厚３４ｂよりも小さい形状としている。このため、第１ピニオンギア３５は、リングギア１００との隙間が大きくなっており、リングギア１００に挿入しやすい形状になっており、挿入性を改善できる。さらに、第１ピニオンギア３５でのエンジン立ち上げ時のトルク負荷が加わることを避けることができるため、第１ピニオンギア３５の軽量化や小型化などの簡易化が可能となる。

なお、第１ピニオンギア溝部３５ａと軸芯３２のガタによって回転する第１ピニオンギア３５の歯厚３５ｂの幅は、第２ピニオンギア３４の歯厚３４ｂの領域を超えないものとする。このような歯厚とすることで、第１ピニオンギア３５を噛み合わせた後も、後述する面取り部３４ｃなどの働きで、第２ピニオンギア３４を円滑に挿入完了することができる。

また、先の図５に示したように、第１ピニオンギア３５がリングギア１００に当接した際には、第１ピニオンギア３５とリングギア１００との位相の関係で、第１ピニオンギア３５がリングギア１００に対して直ちに挿入されない場合も考えられる。しかしながら、このような場合にも、本実施の形態１におけるエンジン始動装置は、より確実な同期と位相合わせを当接した瞬時に行うことができる。そこで、この点を、図７〜図９を用いて、次に説明する。

図７は、本発明の実施の形態１による第１ピニオンギア３５とリングギア１００が衝突して第１ピニオンギア３５が傾いている状態のスタータ部の断面図である。また、図８は、本発明の実施の形態１による図７の状態を経て、第１ピニオンギア３５にリングギア１００が挿入されて第２ピニオンギア３４に当接する状態のスタータ部の断面図である。さらに、図９は、本発明の実施の形態１による図７、図８の状態を経て、第１ピニオンギア３５および第２ピニオンギア３４にリングギア１００が挿入され、噛み合い状態となったスタータ部の断面図である。

図７に示すように、位相の関係で、第１ピニオンギア３５がリングギア１００に対して直ちに挿入されない場合には、当接時において、第１ピニオンギア３５は、リングギア１００に押し付けられて傾く。その際には、第２ピニオンギア３４を介してコイルバネ３３が縮みながら第１ピニオンギア３５をリングギア１００に押し付けている状態になる。

ここで、先の図４で説明したように、第１ピニオンギア溝部３５ａは、第２ピニオンギア溝部３４ａよりも、溝の幅方向および深さ方向に大きく掘られており、第１ピニオンギア溝部３５ａは、軸芯３２に対して、回転方向および径方向にガタを持っている。したがって、位相の関係で、第１ピニオンギア３５がリングギア１００に対して直ちに挿入されない場合にも、第１ピニオンギア３５の溝径には、ギア回転方向とともに、ギア径方向にもガタを有していることとなる。このように、ギア径方向にもガタを有することで、第１ピニオンギア３５は、図７に示したように傾くことができる。

さらに、リングギア１００と当接する第１ピニオンギア３５の歯先径部には、角Ｒの面取り部３５ｅが設けられている（図４参照）。そこで、リングギア１００が回転して、リングギア１００の次の歯に対して第１ピニオンギア３５が挿入可能な位相状態となった際に、第２ピニオンギア３４と軸芯３２との摩擦ダンパー効果で、第１ピニオンギア３５は、リングギア１００に当接したままで傾きが戻るような動作で、先の図８のように挿入されることとなる。

すなわち、第１ピニオンギア３５の溝径に、ギア回転方向とともに、ギア径方向にもガタを持たせることで、第２ピニオンギア３４の摩擦ダンパー効果によりリングギア１００と当接した第１ピニオンギア３５は、リングギア１００の隙間を探す動作を行うことができるとともに、リングギア１００の隙間に対して相対的に第１ピニオンギア３５の挿入できる範囲を増加させることができる。

この結果、第１ピニオンギア３５は、リングギア１００にはじかれることなく、傾きが戻ろうとする動作によってリングギア１００の隣接歯に挿入され、歯面同士の当たりにより回転を同期させることができる。

挿入された際の衝突面は、第１ピニオンギア３５の歯面３５ｄとリングギア１００であり、回転数差があった場合にも回転方向の衝突となるため、そのトルクで回転が同期する。特に、リングギア１００の回転数が早い場合には、第１ピニオンギア３５の歯面を当てることによって同期させると、オーバーランニングクラッチ３１によりクラッチが空回りするため、その衝撃は、第１ピニオンギア３５のみの質量となるため、衝撃も小さく騒音も小さい。

このようにして同期したピニオン部３０は、さらなる押し込みによって、先の図８に示すように、リングギア１００と第２ピニオンギア３４とが衝突する状態に移行する。ここで、第２ピニオンギア３４の第１ピニオンギア３５側の歯面エッジ部両側には、先の図４に示す面取り部３４ｃが設けられている。したがって、この面取り部３４ｃに誘われて、第２ピニオンギア３４とリングギア１００が、図９のように噛み合う結果となる。

この際に、面取り部３４ｃは、軸方向に跳ね返す成分をもっているが、ピニオン部３０とリングギア１００とは、第１ピニオンギア３５により同期しているため、問題ない。また、面取り部３４ｃを有することにより、ピニオンギアとリングギア１００の相対回転方向がどちらの場合にも、第２ピニオンギア３４へリングギア１００を円滑に挿入完了することができる。

したがって、図７〜図９に示した一連の動作が行われることで、第１ピニオンギア３５がリングギア１００と噛みあって同期した後に、第２ピニオンギア３４がリングギア１００と噛み合いエンジンを始動させることができる。そして、第２ピニオンギア３４とリングギア１００が噛み合った後は、ピニオン部３０とリングギア１００とのトルク伝達は、第２ピニオンギアの歯面３４ｄとリングギア１００間でのみ行われる。この結果、第２ピニオンギア３４を適切に設計することで、伝達損失を抑制することができる。

したがって、第２ピニオンギア３４とリングギア１００とのギア関係で、エンジン始動時のクランキング音の原因となる歯打ち音などは決定される。このため、第１ピニオンギア３５は、歯厚を小さくしたバックラッシが大きい歯としても問題はない。すなわち、第１ピニオンギア３５の歯の仕様は、第２ピニオンギア３４の歯の仕様に対して、転位、歯先外径、もしくは圧力角を変えることで、リングギア１００とのバックラッシを大きくしても問題ない。

以上のように、実施の形態１によれば、リングギアとピニオン部との回転数差がある場合でも、上述したような同期用の歯形状を先端に有する第１ピニオンギアと、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たす第２ピニオンギアとに２分割された構成を有するピニオンギアを用いることで、歯一つ分の動作で瞬時に噛み合いが可能となる。この結果、リングギアとピニオン部との挿入性を改善でき、端面の磨耗による歯形状の長寿命化を図ることができ、さらに、騒音の抑制、および伝達損失の抑制も可能となる。

例えば、リングギアの回転数がピニオンギアよりも５００ｒｐｍ速い場合にも、ピニオンギアが弾かれることなく瞬時に噛み合い、噛み合い瞬間の騒音レベルも５ｄＢレベルで低くなることが検証できた。したがって、本願の構成を備えたピニオン部を用いて、アイドリング回転数レベルにおいて飛び込み動作を実施することで、安定してピニオンとリングギアとを噛み合わせることが可能となり、制御の制限の緩和、再始動性の時間の短縮が可能となる。

ここで、第１ピニオンギアは、例えば、先の図４に示したような、歯の形状をしている場合に限定されるものではない。図１０は、本発明の実施の形態１による第１ピニオンギアが突起で構成されている斜視図である。この図１０に示すように、波の形状で、歯の数と同じ突起形状としても問題ない。

また、ピニオン部を押し出す機構に関しては、プランジャによる引き込み力をレバーに伝達させることでピニオン部を押し出す場合について説明したが、このような機構に限定されるものではない。ピニオン部を押し出す方法として、モータトルクを使用するなどの他の動力源を使用しても構わない。

実施の形態２．
本実施の形態２では、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４とのガタに関して、位相において偏心させることで、磨耗をさらに抑制できるピニオン部の構造について説明する。

本実施の形態２におけるエンジン始動装置の構成は、先の実施の形態１における図１と同様であり、モータ駆動力部１０、軸２０、ピニオン部３０、吸引コイル部４０、プランジャ５０、レバー６０、ブラケット７０、ストッパ８０および減速ギア部９０で構成されており、ピニオン部３０が回転しながら押し出される。

図１１は、本発明の実施の形態２におけるピニオン部３０の構成部品の分解図である。ピニオン部３０は、オーバーランニングクラッチ３１、軸芯３２、コイルバネ３３、第２ピニオンギア３４、第１ピニオンギア３５、および保持部品３６を備えて構成されている。ここで、ピニオン部３０のピニオンギアの部品構成と役目は、先の実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。

図１２は、本発明の実施の形態２による第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４の詳細斜視図である。第１ピニオンギア３５および第２ピニオンギア３４には、軸２０方向に沿って移動できる溝として、それぞれ第１ピニオンギア溝部３５ａおよび第２ピニオンギア溝部３４ａが掘られている。

ここで、第２ピニオンギア溝部３４ａは、軸芯３２の溝とガタを最小限にして噛み合う溝として掘られている。一方、第１ピニオンギア溝部３５ａは、第２ピニオンギア溝部３４ａよりも、溝の幅方向および深さ方向に大きく掘られている。この結果、第１ピニオンギア溝部３５ａは、軸芯３２に対してガタをもつため、回転方向にこのガタ分だけ回転できる構造となっている。

ここで、本実施の形態２におけるガタは、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４の関係において、位相において偏心している。そこで、この偏心について、図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態２による第１ピニオンギアと第２ピニオンギアの正面からみた位置関係を示す図である。

モータの回転によってピニオンがリングギア１００にトルクを伝達する面方向（図１３における左回転方向、右回転方向に相当）に偏心させている。すなわち、先の実施の形態１では、図６に示すように、第１ピニオンギア３５の歯厚に対して第２ピニオンギア３４の歯厚がはみ出している量は、図６（ａ）と図６（ｂ）のどちらの場合も同等の厚みであった。これに対して、本実施の形態２では、図１３（ａ）に示したはみ出し量と図１３（ｂ）に示したはみ出し量が異なっており、このことを「トルクを伝達する面方向に偏心させている」と表現している。

そこで、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に関して、以下に詳述する。図１３（ａ）は、ピニオンがトルク伝達する方向へ回転して、矢印の方向へ第１ピニオンギア３５がガタによりずれた状態を示している。トルク伝達している間において、ピニオンギアの伝達面側は、第１ピニオンギアの面３５ｄ１が第２ピニオンギア面３４ｄ１よりも凹になっているため、第１ピニオンギア３５ではトルク伝達できない状態となる。

また、図１３（ｂ）は、リングギア１００の回転速度が速く、第１ピニオンギア３５のガタが矢印の方向にずれている状態を示している。この状態は、まだ第２ピニオンギア３４がリングギア１００とは噛み合っておらず、第１ピニオンギア３５のみが噛み合っているときしか起こらない状態である。

第１ピニオンギア３５がリングギア１００と噛み合い同期するまでの状態は、先の実施の形態１と同様である。そして、この状態においては、この偏心による噛み合い性の影響は、無関係である。

その後、第１ピニオンギア３５が噛み合い同期したピニオンギアは、さらなる押し込みによって、先の実施の形態１における図８の状態になり、リングギア１００と第２ピニオンギア３４とが衝突する状態に移行する。すなわち、図１３（ａ）あるいは図１３（ｂ）のような状態で、第２ピニオンギア３４がリングギア１００と衝突することが考えられる。

ここで、第２ピニオンギア３４の第１ピニオンギア３５側の歯面エッジ部には、モータトルク伝達面側面取り部３４ｃ１とモータトルク非伝達面側面取り部３４ｃ２の２つの面取りが施されている（図１２参照）。そして、図１３（ａ）の状態で、リングギア１００が面取り３４ｃ１に衝突する際には、偏心していることで、第２ピニオンギア３４のトルク伝達面側への段差は小さく、リングギア１００に対して第２ピニオンギア３４が入りやすくなっている。

一方、図１３（ｂ）の状態で、トルク伝達面の反対側のエッジ部の面取り３４ｃ２がリングギア１００と衝突する場合には、ワンウェイクラッチによりピニオンが空回りすることで、面をこする力が小さいため、段差が大きくても問題にならない。すなわち、偏心させることによって、ピニオン側面取り部とリングギア１００との衝突によるこすれる力が大きくなる側の面の段差を小さくすることで、磨耗を最小限にすることが可能となる。

したがって、本実施の形態２のように、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４とを偏心させている場合には、ピニオンによるトルク伝達面側の歯面の面取り３４ｃ１と反対側の面取り３４ｃ２の大きさは異なる。さらに、その大きさは、第１ピニオンギア３５のガタによって隠れる領域で決定される。

さらに、リングギア１００は、第２ピニオンギア３４に当接する瞬間には、第１ピニオンギア３５と同期しており、位相が異なっている状態である。したがって、第２ピニオンギア３４のトルク伝達面側の面取り３４ｃ１をインボリュート面取りにすることで、ピニオンの回転に沿った面取りとすることができ、磨耗をさらに抑制できる。

以上のように、実施の形態２によれば、第１ピニオンギアと第２ピニオンギアとのガタを、位相において偏心するように設けている。この結果、第２ピニオンギアと第１ピニオンギアとの位相合わせの押し込みにおいて、第２ピニオンギアが円滑に押し込まれることとなり、磨耗などの問題もなくなる。したがって、リングギアと、第１ピニオンギア、第２ピニオンギアのそれぞれとの噛み合いにおいて、回転数差が存在した際にも円滑に噛み合うことが可能となる。この結果、制御の制限の緩和、再始動性の時間の短縮と騒音の低減だけでなく、磨耗も最小限にできる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４との軸方向の動作機構に関して、第１ピニオンギア３５の摩擦力を軸芯と別部で設けることで、ダンパー効果を大きくすることができる構造について説明する。

本実施の形態３におけるエンジン始動装置の構成は、先の実施の形態１における図１と同様であり、モータ駆動力部１０、軸２０、ピニオン部３０、吸引コイル部４０、プランジャ５０、レバー６０、ブラケット７０、ストッパ８０および減速ギア部９０で構成されており、ピニオン部３０が回転しながら押し出される。

図１４は、本発明の実施の形態３におけるピニオン部３０の構成部品の分解図である。ピニオン部３０は、オーバーランニングクラッチ３１、軸芯３２、コイルバネ３３、第２ピニオンギア３４、第１ピニオンギア３５、および保持部品３６を備えて構成されている。ここで、ピニオン部３０の基本的な部品構成と役目は、先の実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。

先の実施の形態１と比較すると、本発明の実施の形態３では、第１ピニオンギア３５、第２ピニオンギア３４、および軸心３２の形状が異なる。そこで、これらの相違点を中心に、以下に説明する。第２ピニオンギア３４は、第１ピニオンギア３５方向に、軸芯３２の溝と第２ピニオン３４の歯面との間で溝が彫られた突起（以下、溝突起３４ｅと称す）を有している。第１ピニオンギア３５は、この溝突起３４ｅに彫られた溝で、第１ピニオンギアの溝部３５ａと噛み合っている。

本実施の形態３においては、第１ピニオンギアの溝部３５ａと第２ピニオンギアの溝部３４ａとは、別々の溝に噛み合う。このため、第１ピニオンギアの溝部３５ａは、トルク伝達を行わない溝であるから、歯数を小さくして溝数の数を設定でき、第２ピニオンギアの溝突起３４ｅの噛み合い形状は、軸芯３２の溝形状に依存しない形状で作成することが可能となる。

なお、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４の軸方向の摩擦力と、コイルバネ３３が最大ストロークまで縮むことができる荷重との合計が、ピニオンを押し出す荷重を上回らないようにすることが必要である。

以上のように、実施の形態３によれば、第１ピニオンギアと第２ピニオンギアとの軸方向の動作機構に関して、第１ピニオンギアの摩擦力を軸芯と別部で設けることができる。すなわち、第１ピニオンギアは、ピニオン部に対して独立して軸方向に移動できる構成とすることができる。この結果、バネによって軸方向に移動する、摩擦力によるダンパー機能について、第１ピニオンギア３５の部分のみを大きくすることが可能となる。

実施の形態４．
先の実施の形態３では、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４との軸方向の動作機構に関して、ダンパー効果を大きくする構造について説明した。これに対して、本実施の形態４では、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４との回転方向の動作機構に関して、ピニオンギア３４、３５とリングギア１００の摩擦係数が小さい場合に、第１ピニオンギア３５とリングギア１００の回転方向の摩擦力を、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４の回転方向の摩擦力よりも大きくすることができる構造について説明する。

本実施の形態４におけるエンジン始動装置の構成は、先の実施の形態１における図１と同様であり、モータ駆動力部１０、軸２０、ピニオン部３０、吸引コイル部４０、プランジャ５０、レバー６０、ブラケット７０、ストッパ８０および減速ギア部９０で構成されており、ピニオン部３０が回転しながら押し出される。

図１５は、本発明の実施の形態４におけるピニオン部３０の構成部品の分解図である。ピニオン部３０は、オーバーランニングクラッチ３１、軸芯３２、コイルバネ３３、コイルバネ３３ｂ、第２ピニオンギア３４、第１ピニオンギア３５、および保持部品３６を備えて構成されている。ここで、ピニオン部３０の基本的な部品構成と役目は、先の実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。

先の実施の形態１と比較すると、本発明の実施の形態４では、コイルバネが２分割（コイルバネ３３、３３ｂ）されている点が異なる。そこで、この相違点を中心に、以下に説明する。

図１６は、本発明の実施の形態４による第１ピニオンギア３５とリングギア１００が衝突する前のスタータ部の断面図である。本実施の形態４では、第２ピニオンギア３４を軸の押し込む方向へ押しているコイルバネ３３とは別に、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４との間にコイルバネ３３ｂが存在している。

図１７は、本発明の実施の形態４による第１ピニオンギア３５とリングギア１００が衝突して第１ピニオンギア３５が傾いている状態のスタータ部の断面図である。コイルバネ３３とコイルバネ３３ｂによる２分割構成とすることで、図１７に示すように、第１ピニオンギア３５がリングギア１００に当接して、コイルバネ３３が縮んでいく。

その際に、第１ピニオンギア３５と第２ピニオンギア３４との間にコイルバネ３３ｂが突っ張っているため、第２ピニオンギア３４と第１ピニオンギア３５の接触する摩擦力を下げることができる。このとき、コイルバネ３３ｂと第１ピニオンギア３５の回転方向の摩擦力は小さくしておく必要がある。これにより、第１ピニオンギア３５の回転方向のガタは、第２ピニオンギア３４の慣性に関係なく、回転しやすくなり、当接時に同期しやすくなる。

以上のように、実施の形態４によれば、第１ピニオンギアと第２ピニオンギアとの回転方向の動作機構に関して、第２ピニオンギアを軸の押し込む方向へ押しているコイルバネとは別に、第１ピニオンギアと第２ピニオンギアとの間にもコイルバネを設け、２分割されたコイルバネの構成を備えている。この結果、第１ピニオンギアの回転方向のガタは、第２ピニオンギアの慣性に関係なく、回転しやすくなり、当接時に同期しやすくすることができる。

１０ モータ駆動力部、２０ 軸、３０ ピニオン部、３１ オーバーランニングクラッチ部（移動体）、３２ 軸芯、３３ コイルバネ、３３ｂ コイルバネ、３４ 第２ピニオンギア、３４ａ 第２ピニオンギアの溝部、３４ｂ 第２ピニオンギアの歯厚、３４ｃ 第２ピニオンギアの面取り部、３４ｃ１ 第２ピニオンギアのモータトルク伝達面側面取り部、３４ｃ２ 第２ピニオンギアのモータトルク非伝達面側面取り部、３４ｄ 第２ピニオンギアの歯面、３４ｄ１ 第２ピニオンギアのモータトルク伝達面側の歯面、３４ｄ２ 第２ピニオンギアのモータトルク非伝達面側の歯面、３４ｅ 第２ピニオンギアの溝突起、３５ 第１ピニオンギア、３５ａ 第１ピニオンギアの溝部、３５ｂ 第１ピニオンギアの歯厚、３５ｄ 第１ピニオンギアの歯面、３５ｄ１ 第１ピニオンギアのモータトルク伝達面側の歯面、３５ｄ２ 第１ピニオンギアのモータトルク非伝達面側の歯面、３５ｅ 第１ピニオン歯先径部の面取り部、３６ 保持部品、４０ 吸引コイル部、４１ 吸引コイル、５０ プランジャ、６０ レバー、６１ レバー回転軸中心、７０ ブラケット、８０ ストッパ、９０ 減速ギア部、１００ リングギア。

Claims (16)

1. スタータモータと、
   前記スタータモータの出力軸側にスプライン結合された軸方向に摺動するピニオン部と、
   前記ピニオン部をリングギアとの噛み合い位置に移動させる押し出し機構を有し、前記押し出し機構により押し出された前記ピニオン部のピニオンと噛み合い、前記スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギアと
   を備えたエンジン始動装置において、
   前記ピニオン部は、同期用の突起形状を有し、前記リングギアとの噛み合い開始時に前記リングギアと最初に衝突する第１ピニオンギアと、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たす第２ピニオンギアとに、前記軸方向で２分割されたピニオンギアを有し、
   前記第１ピニオンギアの前記同期用の突起形状は、前記第２ピニオンギアの歯数と同じ数の突起で構成され、前記突起は、軸方向垂直断面の領域が前記第２ピニオンギアの面領域よりも小さく構成されており、
   前記第１ピニオンギアは、前記ピニオン部に対して独立して軸方向に移動できる構成を備え、
   前記第２ピニオンギアは、前記ピニオン部の軸方向において、バネにて押し出し方向に押さえ付けられて前記第１ピニオンギアを介して前記ピニオン部の軸に位置決めされており、前記バネが縮むことで軸方向に移動できる
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
2. スタータモータと、
   前記スタータモータの出力軸側にスプライン結合された軸方向に摺動するピニオン部と、
   前記ピニオン部をリングギアとの噛み合い位置に移動させる押し出し機構を有し、前記押し出し機構により押し出された前記ピニオン部のピニオンと噛み合い、前記スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギアと
   を備えたエンジン始動装置において、
   前記ピニオン部は、同期用の突起形状を有し、前記リングギアとの噛み合い開始時に前記リングギアと最初に衝突する第１ピニオンギアと、噛み合い後に回転力を伝達する役目を果たす第２ピニオンギアとに、前記軸方向で２分割されたピニオンギアを有し、
   前記第１ピニオンギアの前記同期用の突起形状は、前記第２ピニオンギアの歯数と同じ数の突起で構成され、前記突起は、軸方向垂直断面の領域が前記第２ピニオンギアの面領域よりも小さく構成されており、
   前記第１ピニオンギアは、前記ピニオン部に対して独立して軸方向に移動できる構成を備え、
   前記第２ピニオンギアは、前記ピニオン部の軸方向において、バネにて押し出し方向に押さえ付けられて前記第１ピニオンギアを介して前記ピニオン部の軸に位置決めされており、前記バネが縮むことで軸方向に移動でき、
   前記第１ピニオンギアは、前記ピニオンギアの軸に対して径方向のガタを有する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
   前記第１ピニオンギアの前記同期用の突起形状は、前記第２ピニオンギアの歯数と同じ数の歯で構成されていることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項３に記載のエンジン始動装置において、
   前記第１ピニオンギアの前記歯の仕様は、前記第２ピニオンギアの転位、歯先外径、もしくは圧力角を変えることで、前記リングギアとのバックラッシを大きくしていることを特徴とするエンジン始動装置
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記第１ピニオンギアの前記同期用の突起形状は、前記リングギアの回転方向の衝突に対して前記ピニオン部の軸方向成分の力を生じさせる面を、歯先外径エッジ部の処理面および端面以外に持たないことを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記第１ピニオンギアは、前記ピニオン部の軸に対して回転方向のガタを有することを特徴とするエンジン始動装置。
7. 請求項６に記載のエンジン始動装置において、
   前記第１ピニオンギアの前記回転方向のガタによって動作できる範囲は、前記第２ピニオンギアが前記リングギアと噛み合った後に前記第１ピニオンギアによる回転トルク力が前記リングギアに伝わらない範囲であることを特徴とするエンジン始動装置。
8. 請求項７に記載のエンジン始動装置において、
   前記第１ピニオンギアの前記回転方向のガタによって動作できる範囲は、前記第２ピニオンギアに対してトルク伝達方向面側へ偏っていることを特徴とするエンジン始動装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記ピニオン部は、前記第１ピニオンギアと前記第２ピニオンギアとが軸方向に独立して動作可能な構成を備えることを特徴とするエンジン始動装置。
10. 請求項９に記載のエンジン始動装置において、
    前記第１ピニオンギアは、前記第２ピニオンギアを支えている前記バネを押すことで軸方向に移動できることを特徴とするエンジン始動装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記第１ピニオンギアと前記第２ピニオンギアの軸方向の摩擦力と、前記バネが最大ストロークまで縮むことができる荷重との合計が、前記ピニオンを押し出す荷重を上回らないことを特徴とするエンジン始動装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記第１ピニオンギアと前記第２ピニオンギアとの回転方向の摩擦力が、前記第１ピニオンギアと前記リングギアとの回転方向の摩擦力よりも小さくするように、前記第１ピニオンギアと前記第２ピニオンギアとの間に設けられた第２のバネを備えることを特徴とするエンジン始動装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記第２ピニオンギアは、前記第１ピニオンギア側の歯面エッジ部両側に面取り形状を有することを特徴とするエンジン始動装置。
14. 請求項１３に記載のエンジン始動装置において、
    前記面取り形状は、回転トルクを伝える面側エッジと、回転トルクを伝えない面側エッジで形状が異なることを特徴とするエンジン始動装置。
15. 請求項１４に記載のエンジン始動装置において、
    前記面取り形状は、前記第１ピニオンギアのガタによって前記第２ピニオンギアの端部が前記第１ピニオンギアに隠れずに表面に露出する箇所の端部に、面取り端部を合わせていることを特徴とするエンジン始動装置。
16. 請求項１４または１５に記載のエンジン始動装置において、
    前記面取り形状は、回転トルクを伝える面側エッジおよび回転トルクを伝えない面側エッジのいずれか一方、もしくは両側に対して、歯のインボリュートに沿った面取り形状を有することを特徴とするエンジン始動装置。

Images