JP5941277B2 - スタータ - Google Patents
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Description
出力軸は、軸方向の両端側がスタータのハウジングに回転自在に軸支されている。出力軸には、電磁装置(マグネットスイッチ)によりレバーを介して軸方向に進退移動する可動子がスプライン係合されている。また、出力軸には、リングギヤに向けてピニオンギヤが軸方向に進退自在に設けられており、クラッチ機構(ワンウェイクラッチ)を介して可動子に連結されている。
また、励磁コイルにスイッチプランジャを近接配置することができ、励磁コイルによる磁力をスイッチプランジャにより確実に作用させることができる。
また、プランジャアウタに対してプランジャインナを常にピニオンギヤ機構側へと付勢するので、ピニオンギヤの作動位置を安定させることができる。
F2<F1
を満たすように設定されていることを特徴とする。
また、励磁コイルにスイッチプランジャを近接配置することができ、励磁コイルによる磁力をスイッチプランジャにより確実に作用させることができる。
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の断面図である。尚、図1では、中心線より上側にスタータ1の静止状態を示し、下側にスタータ1の通電状態(ピニオンギヤ74とリングギヤ23とが噛合した状態)を示している。
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、略円筒状のモータヨーク53と、モータヨーク53の径方向内側に配置され、モータヨーク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。モータヨーク53の内周面には、複数(本実施形態では6個)の永久磁石57が、周方向に磁極が交互となるように設けられている。
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。
ブラシホルダ33は、モータヨーク53の軸方向一方側の開口部53bを閉塞するホルダ本体101と、ホルダ本体101の側部から径方向外側に向かって突出する電源端子接続部102とが一体成形されたものである。
第二固定接点板34bは、断面略L字状に形成されており、電源ベース部109から前壁111に沿うように屈曲延出する切起し部34cを有している。
ここで、モータヨーク53には、電源端子接続部102に対応する部位に、凹部115が形成されており、この凹部115に電源端子接続部102の根元が嵌まり込むようになっている。
センタープレート43の外径は、本体ベース部103よりも大径になるように設定されており、ブラシホルダ33のシャフト挿入部112に対応する箇所には、シャフト挿入部112を挿通可能な貫通孔43aが形成されている。
尚、このブラシホルダ33には、電源端子接続部102を保護するカバー45が装着されている。
遊星歯車機構2は、回転軸52と一体成形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。
ハウジング17の開口部17a側の外周面には、軸方向に沿うように雌ネジ部17bが刻設されている。また、モータヨーク53の軸方向他方側(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95を挿入し、雌ネジ部17bにボルト95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。
また、軸受孔47の軸受圧入部47aには、出力軸4の一方側端(図1における左側端)を回転自在に支持するための滑り軸受17dが圧入固定されている。この滑り軸受17dには所望の基油からなる潤滑油が含浸されており、出力軸4を円滑に摺接させることができるようになっている。
出力軸4の軸方向略中央には、ヘリカルスプライン19が形成されている。ヘリカルスプライン19には、クラッチ機構5がヘリカル噛合されている。
クラッチ機構5は、略円筒状のクラッチアウタ18と、このクラッチアウタ18と同軸に形成されたクラッチインナ22と、クラッチアウタ18、及びクラッチインナ22を一体的に固定するクラッチカバー6とを有している。
クラッチアウタ18の外周面18dには、クラッチカバー6が、例えばカシメ等により固定されている。
クラッチインナ22の外周面には、クラッチアウタ18の軸方向一方側端面と径方向で対応した位置に、略円盤状のクラッチワッシャ64が外嵌固定されている。
本体筒部68は、クラッチアウタ18、及びクラッチワッシャ64に外挿され、本体筒部68の軸方向他方側の縁部をクラッチアウタ18の軸方向他方側端面にカシメることにより、クラッチアウタ18、及びクラッチワッシャ64に固定される。
移動規制部20は、出力軸4に外嵌された略リング状の部材であり、サークリップ20aによって軸方向一方側への移動が規制された状態で設けられている。また、移動規制部20は、この直径がクラッチアウタ18に形成された段差部18cと干渉可能なように、段差部18cの内周面よりも大径に設定されている。
このように形成されたクラッチ機構5には、クラッチインナ22の先端に、ピニオンギヤ機構70が一体的に設けられている。
ピニオンギヤ機構70は、クラッチインナ22の先端に一体成形された筒状のピニオンインナ71を有している。ピニオンインナ71の内周面には、軸方向両側にそれぞれ出力軸4にピニオンインナ71を摺動可能に支持するための2つの滑り軸受72,72が設けられている。
また、リングギヤ23、及びピニオンギヤ74は、スタータ1の通電状態において、最大噛み合い代L1(図1における下側参照)は、リングギヤ23の軸方向の幅と略同一となるように設定されている。
収納部76のクラッチ機構5側に形成されている開口部は、クラッチインナ22の基端側に設けられた段差部71aによって閉塞された状態になっている。すなわち、ピニオンギヤ74は、ピニオンインナ71によって軸方向に摺動可能に支持された状態になっている。これにより、ピニオンギヤ74は、ピニオンインナ71に対して大きくガタつくことなく軸方向にスライド移動する。
ピニオンスプリング11は、ピニオンギヤ74とリングギヤ23とが当接したときに軸方向に弾性変形することで衝撃を吸収する、ダンパ機構として機能している。これにより、ピニオンギヤ74、及びリングギヤ23の摩耗を抑制し、スタータ1の耐久性向上を図っている。
ここで、延長筒部74dの外径は、クラッチカバー6の開口部66aの直径及び補強筒部67の内径よりも小さく設定されている。これにより、ピニオンギヤ74が軸方向他方側に移動しても、延長筒部74dがクラッチカバー6と干渉することなく、規制段差部22bと当接できる。
L1>L2・・・(1)
を満たすように設定されている。このように設定することで、リングギヤ23から離間する方向にピニオンギヤ74がピニオンスプリング11の離間距離L2だけスライド移動しても、ピニオンギヤ74とリングギヤ23との噛合が外れることがない。
図2は、電磁装置9を構成するプランジャホルダ26の斜視図、図3は、電磁装置9を構成するスイッチプランジャ27の斜視図である。
図1〜図3に示すように、ハウジング17の内周面には、クラッチ機構5よりもモータ部3側に、電磁装置9を構成するヨーク25が内嵌固定されている。ヨーク25は磁性材からなる有底筒状に形成されており、底部25aの径方向略中央の大部分が大きく開口されている。
このように、プランジャホルダ26は、ヨーク25と協働して励磁コイル24を保持する役割を有している。
プランジャ機構37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と、このスイッチプランジャ27と出力軸4の外周面との間の空隙に配置されたギヤプランジャ80とを有している。これらスイッチプランジャ27とギヤプランジャ80とは、互いに同心円状に設けられ、軸方向に相対移動可能に設けられている。以下、スイッチプランジャ27と、ギヤプランジャ80とについて詳述する。
スイッチプランジャ27は、磁性材により形成され、励磁コイル24に電流が供給されたときに発生する磁束により吸引される円筒部27aを有している。この円筒部27aの外径は、励磁コイル24の内径よりもやや小さい程度に設定されている。また、円筒部27aの肉厚は、プランジャホルダ26のホルダ円筒部26bと励磁コイル24との間隙に挿入可能な厚さに設定されている。
L3>L4・・・(2)
を満たすように設定されている。したがって、電磁装置9がピニオンギヤ74と可動接点板8とを軸方向一方側(図1における左側)にスライド移動させたときに、可動接点板8がON状態となる前に、ピニオンギヤ74がリングギヤ23に当接する。
スイッチプランジャ27の径方向内側に配置されたギヤプランジャ80は、径方向内側に配置されたプランジャインナ81と、径方向外側に配置されたプランジャアウタ85と、プランジャインナ81とプランジャアウタ85との間に配置されるプランジャスプリング91とを備えている。
プランジャアウタ85の軸方向他方側端85a(図1における右側端)には、径方向内側に張り出した内フランジ部86が一体的に形成されている。
また、外フランジ部87の軸方向一方側(図1における左側)であって、プランジャアウタ85の外周面には、リング状の鉄心88が設けられている。鉄心88は、例えば樹脂モールドにより、プランジャアウタ85と一体成型されている。鉄心88は、励磁コイル24に電流が供給されたときに発生する磁束により吸引される。
また、プランジャホルダ26とスイッチプランジャ27との間には、両者を離間方向に付勢する板ばね材からなるスイッチリターンスプリング27bが配設されている。
すなわち、プランジャスプリング91は、クラッチ機構5とギヤプランジャ80との間における軸方向の空隙の発生を防止し、クラッチ機構5のガタつきを吸収するガタ吸収機構を構成している。
続いて、図1、図4〜図6に基づいて、スタータ1の動作について説明する。
図1における中心線の上側の状態に示すように、励磁コイル24に電流を供給する前のスタータ1の静止状態では、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、ピニオンギヤ74と一体化されているクラッチインナ22を引張った状態でモータ部3側(図1における右側)へ一杯に付勢されている。そして、クラッチ機構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、ピニオンギヤ74とリングギヤ23とが最大離間距離L4を有した状態で結合が断たれている。
図4(a)に示すように、スイッチプランジャ27の移動直後の状態から車両のイグニションスイッチ(不図示)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、スイッチプランジャ27、及びギヤプランジャ80を磁束が通る磁路が形成される。これにより、スイッチプランジャ27、及びギヤプランジャ80がリングギヤ23側(図4(a)における左側)へ向かってスライド移動する。
また、このとき、スイッチプランジャ27は、ギヤプランジャ80と一体となってリングギヤ23側へ向かってスライド移動するため、スイッチプランジャ27、及びこれと連動する可動接点板8も、最大離間距離L4だけ軸方向一方側(図4(b)における左側)に移動する。
L3>L4・・・(4)
を満たすように設定されている。したがって、ピニオンギヤ74との最大離間距離L4だけ軸方向一方側(図4(a)における左側)に移動したときであっても、可動接点板8と固定接点板34との間に、ストローク量L3と最大離間距離L4との差に等しいクリアランスCを有した状態で、可動接点板8がOFF状態となっている。すなわち、可動接点板8がON状態となる前に、ピニオンギヤ74の軸方向一方側端面74bとリングギヤ23の軸方向他方側(図4(b)における右側)端面23aとが当接するか、又は両者間の軸方向寸法距離がゼロの状態となる。
図5(a)に示すように、スイッチプランジャ27が吸引され、さらにリングギヤ23側へ向かってスライド移動すると、スイッチプランジャ27の円筒部27aとプランジャホルダ26のホルダ円筒部26bとが径方向でラップした状態になる。このため、ホルダ円筒部26bとスイッチプランジャ27の円筒部27aとの間の磁束が増し、励磁コイル24のスイッチプランジャ27に対する磁力が大きくなる。よって、スイッチプランジャ27のスライド移動した状態が確実に保持される。
すると、アーマチュアコア58に磁界が発生し、この磁界とモータヨーク53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が回転し始める。そして、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が回転し始める。
図6(a)に示すように、出力軸4の回転速度が上昇すると、出力軸4のヘリカルスプライン19に噛合されたクラッチアウタ18に慣性力が作用する。このとき、ピニオンギヤ74とリングギヤ23とがヘリカル噛合していることから、ピニオンギヤ74にリングギヤ23方向(飛び込み方向)へのスラスト荷重が発生する。
一方、ピニオンギヤ74とリングギヤ23との噛合後、エンジン始動時におけるクランキングの際には、リングギヤ23の回転速度に変動が生じる。これにより、ピニオンギヤ74には軸方向一方側(図6(a)における左側)、及び軸方向他方側(図6(a)における右側)に向かってスラスト荷重が発生する。
特に、アイドルストップ機能を備えた車両においては、エンジンの停止/始動が頻繁に行われ、一般のスタータよりも使用頻度が高まるため、上述のようなスラスト荷重が頻繁に発生する。
F2<F1・・・(1)
を満たすように設定されている。
このため、リングギヤ23の回転速度がピニオンギヤ74の回転速度よりも速くなり、ピニオンギヤ74にリングギヤ23から離間する方向にスラスト荷重F2が発生した場合であっても、確実にギヤプランジャ80を吸引し続け、リングギヤ23とピニオンギヤ74との噛合状態を確実に維持することができる。
次に、図7に基づいて、スイッチプランジャ27、及びギヤプランジャ80に対する励磁コイル24の磁気的な作用について説明する。
図7は、励磁コイル24とスイッチプランジャ27、及びギヤプランジャ80との間の磁束流線図であって、(a)は、励磁コイル24に電流が供給された直後の状態を示し、(b)は、スイッチプランジャ27が励磁コイル24による磁力に吸引されている途中の状態を示し、(c)は、励磁コイル24にスイッチプランジャ27が完全に吸引された状態を示す。
ここで、プランジャホルダ26にはホルダ円筒部26bが軸方向他方側に向かって屈曲延出されている。すなわち、ホルダ円筒部26bが励磁コイル24の径方向内側に臨まされた状態になっている。このため、ホルダ円筒部26bとスイッチプランジャ27の円筒部27aとの離間距離が狭くなると共に、ホルダ円筒部26bが十分に磁化されて、プランジャホルダ26のホルダ円筒部26bとスイッチプランジャ27の円筒部27aとの間に、十分な磁束が形成される。
これらにより、励磁コイル24による吸引力が、スイッチプランジャ27を吸引するのに十分な大きさになる。
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がリングギヤ23側に向かってスライド移動しきった状態で、スイッチプランジャ27の円筒部27aとプランジャホルダ26のホルダ円筒部26bとが径方向でラップした状態となるように構成されているので、励磁コイル24のスイッチプランジャ27に対する磁力を十分大きくすることができる。このため、電磁装置9の磁気的な吸引力を高めつつ、電磁装置9の大型化を抑制することができる。よって、電磁装置9の磁力のみでリングギヤ23に向かってピニオンギヤ74を確実に飛び込ませることが可能で、且つ小型なスタータ1を提供できる。
このため、励磁コイル24に対してスイッチプランジャ27の円筒部27aを近接配置することができ、さらに確実に、励磁コイル24による吸引力を、スイッチプランジャ27を吸引するのに十分な大きさにすることができる。
また、ギヤプランジャ80から離間してスイッチプランジャ27のみ引き戻させることができるので、エンジンが始動した後にモータ部3への通電を確実に遮断できる。
また、プランジャアウタ85に対してプランジャインナ81を常にピニオンギヤ機構70側へと付勢するので、ピニオンギヤ74の作動位置を安定させることができる。
例えば、上述の実施形態では、自動車の始動用に用いられるスタータ1を例に挙げて説明をしているが、スタータ1の適用は自動車に限定されることはなく、例えば自動二輪車等に適用してもよい。
3 モータ部
4 出力軸
5 クラッチ機構
9 電磁装置
23 リングギヤ
24 励磁コイル
26 プランジャホルダ
26b ホルダ円筒部
27 スイッチプランジャ
27a 円筒部
27b スイッチリターンスプリング
28 リング部材(プレート)
70 ピニオンギヤ機構
74 ピニオンギヤ
80 ギヤプランジャ
81 プランジャインナ
85 プランジャアウタ
91 プランジャスプリング
Claims (7)
- 通電により回転力を発生するモータ部と、
前記モータ部の回転力を受けて回転する出力軸と、
前記出力軸上にスライド移動可能、且つエンジンのリングギヤと噛合可能に設けられ、前記出力軸の回転を前記リングギヤに伝達するためのピニオンギヤ機構と、
前記モータ部への通電、遮断を行うと共に、前記ピニオンギヤ機構に前記リングギヤ側に向かう押圧力を付勢するための電磁装置とを備え、
前記電磁装置は、
筒状に設けられた励磁コイルと、
前記励磁コイルの前記ピニオンギヤ機構側に設けられるプランジャホルダと、
前記励磁コイルへの通電に基づいて発生する磁力に吸引されて前記励磁コイル内を軸方向に沿ってスライド移動し、前記ピニオンギヤ機構に押圧力を付勢する円筒部を有するスイッチプランジャとを備え、
前記プランジャホルダは、前記励磁コイル内に位置するホルダ円筒部を有し、
前記ホルダ円筒部の内径は、このホルダ円筒部と前記励磁コイルとの間に、前記スイッチプランジャを受け入れる間隙が形成されるように設定され、
前記円筒部の外径は、前記励磁コイルの内径よりも小さく設定され、
前記円筒部の肉厚は、前記ホルダ円筒部と前記励磁コイルとの間隙に前記円筒部を挿入可能な厚さに設定されており、
前記スイッチプランジャは、前記励磁コイルの磁力により吸引されている状態で、前記円筒部の先端部の径方向内側に、前記ホルダ円筒部が位置するように形成されていることを特徴とするスタータ。 - 前記プランジャホルダと前記スイッチプランジャの前記円筒部との間に、このスイッチプランジャを前記モータ部側に向けて付勢するスイッチリターンスプリングが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のスタータ。
- 前記スイッチプランジャよりも径方向内側に、前記励磁コイルの磁力により吸引されて軸方向に沿ってスライド移動するギヤプランジャを設け、
このギヤプランジャを介して前記スイッチプランジャが前記ピニオンギヤ機構に押圧力を付勢することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスタータ。 - 前記スイッチプランジャに、前記ギヤプランジャと当接・離間可能なプレートを設けたことを特徴とする請求項3に記載のスタータ。
- 前記出力軸と同軸上に、前記励磁コイル、前記スイッチプランジャ、及び前記ギヤプランジャを配置すると共に、これら励磁コイル、スイッチプランジャ、及びギヤプランジャを同心円状に配置したことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のスタータ。
- 前記ギヤプランジャは、
前記出力軸に外挿され、出力軸に沿ってスライド移動可能なプランジャインナと、
前記プランジャインナの径方向外側に、前記プランジャインナと同心円状に設けられ、前記プランジャインナと連動して出力軸に沿ってスライド移動可能なプランジャアウタと、
前記プランジャインナと前記プランジャアウタとの間に設けられたプランジャスプリングとを備え、
前記励磁コイルの磁力により、前記プランジャアウタが吸引されてスライド移動し、これと連動して前記プランジャインナがスライド移動するように構成され、
前記プランジャスプリングは、前記プランジャアウタに対して前記プランジャインナを常に前記ピニオンギヤ機構側へと付勢するように設けられていることを特徴とする請求項5に記載のスタータ。 - 前記ピニオンギヤ機構は、前記リングギヤにヘリカル噛合可能なピニオンギヤを有し、
前記ピニオンギヤは、
前記リングギヤとのヘリカル噛合時に、前記リングギヤの回転速度よりも前記ピニオンギヤの回転速度が速い場合、前記リングギヤに噛合う方向に向かってスラスト荷重が発生するように形成され、
且つ前記リングギヤとのヘリカル噛合時に、前記リングギヤの回転速度よりも前記ピニオンギヤの回転速度が遅い場合、前記リングギヤから離間する方向に向かってスラスト荷重が発生するように形成されており、
前記電磁装置の励磁コイルの磁力による前記ギヤプランジャの吸引力をF1とし、前記リングギヤから離間する方向に向かって作用するスラスト荷重をF2としたとき、
吸引力F1は、
F2<F1
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項3〜請求項6の何れか1項に記載のスタータ。
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