JP7423171B2

JP7423171B2 - トルクリミッタ

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Publication number: JP7423171B2
Application number: JP2022055129A
Authority: JP
Inventors: 徹私市
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2024-01-29
Anticipated expiration: 2042-03-30
Also published as: JP2023147561A; US20230313843A1

Description

本発明は、スタータモータからの動力を伝達する動力伝達機構に組み込まれるトルクリミッタに関する。

自動二輪車には、内燃機関を始動するスタータモータを備えているものがある。
スタータモータからの動力を動力伝達機構を介して内燃機関のクランク軸に伝達して、クランク軸を回転させることで、内燃機関を始動する。

内燃機関の始動時に、スタータモータを駆動してクランク軸を回転させると、ピストンが往復移動し、そのうち上昇に伴ってシリンダ内のガスが圧縮されるときに、スタータモータに過度な負荷がかかるおそれがある。

そこで、スタータモータに過大な負荷がかかることを防止するために、動力伝達機構にトルクリミッタを組み込んだ例（例えば、特許文献１）がある。
トルクリミッタは、過剰な負荷が加わると動力伝達を抑制する機構である。

特開２０１７－１２５４３２号公報

自動二輪車に搭載の内燃機関においてクランク軸にスタータモータから動力を伝達する動力伝達機構は、限られた狭いスペースに配設されるため、動力伝達機構に組み込まれるトルクリミッタも小型でコンパクトなものが要求される。

特許文献１に開示されたトルクリミッタは、スタータモータからの動力を受ける受動ギアが、動力を伝達する伝達ギアの回転軸部に相対回転可能に軸支され、伝達ギアを両側から摩擦板が挟みつけるコンパクトな構造をしている。

伝達ギアは、その外径が動力伝達機構内で限定されており、伝達ギアを挟む摩擦板は、外径が伝達ギアよりさらに小さいので、摩擦面積が小さく、トルクリミッタとしてのトルク容量に限界があり、トルク容量を大きく設定することが難しい。

摩擦板を３枚以上に増やした多板式のトルクリミッタにすれば、トルク容量をかせぐことができるが、かかるトルクリミッタは多数枚の摩擦板の重なりにより軸方向の幅が大きくなり、動力伝達機構に組み込むのが困難となる。

また、伝達ギアの回転軸部に受動ギアを圧入するコンパクトな圧入式のトルクリミッタがあるが、圧入締め代とかじり防止のコーベット処理が必要なため、トルク容量が安定せず、トルク容量の設定幅が広く、扱いが難しい。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、コンパクトで動力伝達機構への組み込みが容易であるにも拘わらず、より大きなトルク容量を設定することができるトルクリミッタを供する点にある。

上記目的を達成するために、本発明は、
スタータモータからの動力を内燃機関のクランク軸に伝達する動力伝達機構に組み込まれたトルクリミッタであって、
スタータモータからの動力を受ける受動ギアと動力を伝達する伝達ギアとが同軸上に相対回転可能に配置され、
前記受動ギアと前記伝達ギアの間の動力は、摩擦部材を介して伝達され、
前記摩擦部材は、前記受動ギアより外径が大きい円板状をなすことを特徴とするトルクリミッタを提供する。

この構成によれば、動力を受ける受動ギアと動力を伝達する伝達ギアとが同軸上に相対回転可能に配置され、受動ギアと伝達ギアの間の動力は摩擦部材を介して伝達される簡単でコンパクトな構造であるので、スタータモータからの動力を内燃機関のクランク軸に伝達する動力伝達機構に組み込むことが容易である。
コンパクトな構造にも拘わらず、受動ギアと伝達ギアの間に介在して動力伝達する摩擦部材が、受動ギアより外径が大きい円板状をなすので、摩擦面積が大きく、トルクリミッタとして、より大きなトルク容量を容易に設定することができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記伝達ギアは回転軸部を一体に備え、
前記受動ギアは前記回転軸部に回転自在に軸支され、
前記摩擦部材は、前記回転軸部に相対回転不能で軸方向に移動可能に嵌合され、
前記摩擦部材が付勢手段により軸方向の前記受動ギア側に付勢される。

この構成によれば、伝達ギアと一体の回転軸部に回転自在に軸支された受動ギアに対して、回転軸部に相対回転不能で軸方向に移動可能に嵌合した摩擦部材が付勢手段により押し付けられることで、より大きなトルク容量を設定できる簡単でコンパクトな構造とすることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記摩擦部材と前記受動ギアの間には、プレート部材が挟まれる。

この構成によれば、摩擦部材と受動ギアの間には、プレート部材が挟まれるので、受動ギアの形状や大きさに影響されずに、摩擦部材が受動ギアとの間でプレート部材を挟み付けて、摩擦面積を容易に確保して、より大きなトルク容量を設定することができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記プレート部材は、前記受動ギアよりも外径が大きい円板状をなす。

この構成によれば、プレート部材は受動ギアよりも外径が大きい円板状をなすので、摩擦部材との圧接による摩擦面積をより大きく確保して、トルクリミッタとしての大きなトルク容量を容易に設定することができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記プレート部材は、前記受動ギアと相対回転不能に係合する。

この構成によれば、プレート部材は、受動ギアと相対回転不能に係合するので、プレート部材と受動ギアは一体に回転し、両者間で滑りはないため、受動ギアに受けた動力を滑りなくプレート部材に伝達でき、より大きなトルク容量を設定し易い。

本発明は、動力を受ける受動ギアと動力を伝達する伝達ギアとが同軸上に相対回転可能に構成され、受動ギアと伝達ギアの間の動力は摩擦部材を介して伝達される簡単でコンパクトな構造であるので、スタータモータからの動力を内燃機関のクランク軸に伝達する動力伝達機構に組み込むことが可能である。
コンパクトな構造にも拘わらず、受動ギアと伝達ギアの間に介在して動力伝達する摩擦部材が、受動ギアより外径が大きい円板状をなすので、摩擦面積を大きく、トルクリミッタとして、より大きなトルク容量を容易に設定することができる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の右ケースカバーを外し一部省略して示した右側面図である。図１のII―II矢視の同内燃機関の断面図である。本実施の形態のトルクリミッタの断面図である。同トルクリミッタの分解断面図である。プレート部材の側面図である。別の実施の形態のトルクリミッタの断面図である。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施の形態に係る内燃機関10は。同内燃機関10の後方に変速機（図示せず）を一体に備えて、自動二輪車にクランク軸20を車幅方向である左右方向に指向させて横置きに搭載される。

図１は、本内燃機関10の右ケースカバーを外し一部省略して示した右側面図であり、図２は、図１のII―II矢視の同内燃機関10の断面図である。
なお、本明細書の説明において、前後左右の向きは、自動二輪車の直進方向を前方とする通常の基準に従うものとし、図面において、ＦＲは前方を，ＲＲは後方を、ＬＨは左方を，ＲＨは右方を示すものとする。

内燃機関10は。単気筒４ストローク内燃機関である。
クランク軸20を軸支するクランクケース11は、クランク軸20が配置されるクランク室11Ｃの後方に変速機を収容するミッション室（図示せず）が形成されている。
図１を参照して、クランクケース11のクランク室11Ｃの上には、シリンダ12とシリンダヘッド13が重ねられ、一体に締結され、シリンダヘッド13の上方をシリンダヘッドカバー14が覆っている。

シリンダ12の下部に結合されるクランクケース11は、左右割りで、左クランクケース11Ｌと右クランクケース11Ｒが互いの合わせ面で合わされて構成されている。
左右クランクケース11Ｌ，11Ｒが合わされて形成されるクランク室11Ｃに左右方向に指向して回転自在に軸支されるクランク軸20は、左右のクランク軸半体20Ｌ，20Ｒをクランクピン21で連結して一体に構成したものであり、各クランク軸半体20Ｌ，20Ｒは、同軸上に構成される左右クランク軸体20La，20Raと互いに対面する左右クランクウェブ20Lwa，20Rwとからなり、互いに対面する左右クランクウェブ20Lwa，20Rwがクランク軸中心線から偏心したクランクピン21で連結されている（図２参照）。

図２を参照して、左右クランクケース11Ｌ，11Ｒの互いに対向する軸受壁11Lw，11Rwの軸受孔にはベアリング22，22が埋設され、該ベアリング22，22を介してクランク軸20の左右クランク軸体20La，20Raが回転自在に軸支される。
クランク軸20の左軸受壁11Lwより左方に突出した左クランク軸体20Laには、駆動チェーンスプロケット25が嵌合されるとともに、左端部にはＡＣジェネレータ30のアウタロータ30Ｒが嵌着され、ＡＣジェネレータ30のインナステータ30Ｓは左ケースカバー15に支持されている。

他方、クランク軸20の右軸受壁11Rwより右方に突出した右クランク軸体20Raには、ギアボス部27ｂが嵌着され、同ギアボス部27ｂにベアリング28を介してスタータ被動ギア27が回転自在に軸支され、スタータ被動ギア27とギアボス部27ｂとの間には一方向クラッチ29が介装されている。

右クランク軸体20Raの右端部にはプライマリ駆動ギア31が嵌着されている。
プライマリ駆動ギア31は、変速機のメイン軸41に軸支されたプライマリ被動ギア42に噛合するとともに、バランサ35のバランサ被動ギア36とも噛合する（図１参照）。

図１および図２に示すように、クランクケース11から上方に突設されたシリンダ12の後方で、クランクケース11の上方に、スタータモータ50が配設されている。
図２を参照して、スタータモータ50は、右クランクケース11Ｒの上方に延出した延出側壁11Rsに左側から右方に駆動軸51を嵌入するようにして取り付けられている。
駆動軸51が嵌入した延出側壁11Rsは、右クランクケース11Ｒの軸受壁11Rwと左右方向位置が略同じで、軸受壁11Rwとともに右側から互いに対向する右ケースカバー16によって覆われる。

図１および図２を参照して、スタータモータ50の駆動軸51に形成されたスタータ駆動ギア51ａとクランク軸20に軸支されたスタータ被動ギア27との間には、動力伝達機構である減速ギア機構60が介装されている。
減速ギア機構60は、右クランクケース11Ｒと右ケースカバー16との間に設けられる。

図２を参照して、減速ギア機構60において、スタータモータ50の駆動軸51に形成されたスタータ駆動ギア51ａと噛合するアイドルギア61は、外径の大きい軸カラー61ｃにカラー61ｂを介して回転自在に支承される。
軸カラー61ｃは、ボルト62により延出側壁11Rsに螺着される。

アイドルギア61は、トルクリミッタ70の受動ギア71と噛合する。
トルクリミッタ70は、スタータモータ50からの動力を受ける受動ギア71と動力を伝達する伝達ギア72とを同軸上に備える。
伝達ギア72は、回転軸部72ａを一体に有しており、受動ギア71は回転軸部72ａに回転自在に軸支されている。
回転軸部72ａは、右クランクケース11Ｒの軸受壁11Rwと右ケースカバー16との間に回転自在に架設される。

トルクリミッタ70の詳細は後述するとして、右クランクケース11Ｒの軸受壁11Rwと右ケースカバー16との間には、減速ギア軸80が架設され、同減速ギア軸80に互いに一体に形成された大径ギア81ａと小径ギア81ｂが回転自在に軸支され、その大径ギア81ａが大径ギア81ａより小径のトルクリミッタ70の伝達ギア72に噛合するとともに、小径ギア81ｂはクランク軸20に軸支された大径のスタータ被動ギア27に噛合する。

したがって、スタータモータ50が駆動してスタータ駆動ギア51ａが回転すると、アイドルギア61を介してトルクリミッタ70の受動ギア71が回転し、受動ギア71の回転が伝達ギア72に伝達されると、伝達ギア72と噛合する大径ギア81ａが小径ギア81ｂと一体に回転し、小径ギア81ｂと噛合するスタータ被動ギア27が減速回転し、スタータ被動ギア27の回転が一方向クラッチ29を介してクランク軸20を回転し、内燃機関10を始動することができる。

以上の減速ギア機構60の途中に介在するトルクリミッタ70について、図３ないし図５に基づいて詳説する。
図４を参照して、伝達ギア72は、一体の回転軸部72ａの軸方向の一方に偏って形成されている。

図４を参照して、回転軸部72ａの両端部は被軸支部72ap，72aqであり、軸方向で伝達ギア72と反対側の被軸支部72apと伝達ギア72との間は、被軸支部72ap，72aqより若干径が大きく、外周面にスプライン溝72ｓが形成されている。
スプライン溝72ｓの被軸支部72ap寄りの所定箇所に周方向に切欠き72ｖが形成されている。

この回転軸部72ａのスプライン溝72ｓが形成された部分に、図４を参照して、被軸支部72ap側から皿ばね75を嵌挿して伝達ギア72に当接する。次いで、中空円板状の摩擦部材74ａを嵌挿し、皿ばね75に当接する。

摩擦部材74の外径は、受動ギア71の外径より大きい（図３における破線参照）。
摩擦部材74の内周面にはスプライン突条74ｓが形成されており、回転軸部72ａのスプライン溝72ｓとスプライン嵌合し、摩擦部材74は回転軸部72ａに相対回転不能で軸方向に移動可能に軸支される。

受動ギア71は、内周縁が軸方向両側に延出して軸方向の幅が拡大した円筒ボス部71ａを有している。
受動ギア71の円筒ボス部71ａより外周側の両側面71ｘ，71ｘの円筒ボス部71ａに沿った部分に、円形の凹部71ｑが周方向４か所等間隔に形成されている。

受動ギア71には両側から中空円板状のプレート部材73，73が受動ギア71を挟むように当接される。
プレート部材73の外径は、受動ギア71の外径よりも大きく、摩擦部材74の外径と等しい（図３における破線参照）。
プレート部材73の内径は、受動ギア71の円筒ボス部71ａの外径と略等しい。
プレート部材73の厚さは、円筒ボス部71ａの受動ギア71の側面71ｘから軸方向にはみ出した部分の軸方向幅よりも若干大きい。

そして、プレート部材73の受動ギア71の側面71ｘに対面する側面73ｘの内周面に沿った部分に、円形の凸部73ｐが周方向４か所等間隔に形成されている（図５参照）。
プレート部材73の凸部73ｐの外径は、受動ギア71の凹部71ｑの内径に等しい。
受動ギア71の側面71ｘに、プレート部材73の側面73ｘを対面させたとき、受動ギア71の側面71ｘの４つの凹部71ｑにそれぞれプレート部材73の側面73ｘの４つの凸部73ｐを対向させることができる。

受動ギア71の両側面71ｘ，71ｘに、両側からプレート部材73，73が挟むようにしてプレート部材73，73の側面73ｘ，73ｘを合わせると、受動ギア71の両側それぞれで４つの凹部71ｑにプレート部材73の４つの凸部73ｐが嵌合して、受動ギア71にプレート部材73，73が相対回転不能に係合する。

前記した皿ばね75と摩擦部材74が順次嵌挿された伝達ギア72の回転軸部72ａに。両側にプレート部材73，73を係合した状態の受動ギア71を嵌挿させる。
プレート部材73，73を係合した受動ギア71は、回転軸部72ａのスプライン溝72ｓのある部分に回転自在に軸支される。

その後、前記摩擦部材74と同じ摩擦部材74を回転軸部72ａにスプライン嵌合して嵌挿し、さらにワッシャ76が嵌挿され、ワッシャ76を伝達ギア72側に皿ばね75の付勢力に抗して押圧した状態で、回転軸部72ａのスプライン溝72ｓに形成された切欠き72ｖに止め輪77を係止してワッシャ76の移動を規制することで、図６に示すように、伝達ギア72とワッシャ76との間で、受動ギア71の両側のプレート部材73，73および摩擦部材74，74が、皿ばね75のばね力により狭圧されて組付けられる。
したがって、皿ばね75のばね力によって摩擦部材74，74は、受動ギア71に係合したプレート部材73，73に圧接され、両者間の摩擦によりトルクが伝達される。

受動ギア71等が組付けられた伝達ギア72の回転軸部72ａは、両端部の被軸支部72ap，72aqがそれぞれ右クランクケース11Ｒの軸受壁11Rwと右ケースカバー16に軸支されて、回転自在に架設される。
なお、回転軸部72ａの一方の被軸支部72apには、ワッシャ78が嵌挿され、スプライン溝72ｓが形成された端面と軸受壁11Rwとの間に介装される。

スタータモータ50のスタータ駆動ギア51ａの回転がアイドルギア61を介してトルクリミッタ70の受動ギア71に伝達され、受動ギア71が回転すると、受動ギア71に係合するプレート部材73も一体に回転し、プレート部材73に皿ばね75のばね力によって圧接された摩擦部材74にトルクが伝達される。
摩擦部材74は、スプライン嵌合した回転軸部72ａとともに回転し、回転軸部72ａと一体の伝達ギア72を回転する。

受動ギア71に係合するプレート部材73と摩擦部材74は、ともに受動ギア71より大きい外径を有して互いに圧接されるので、摩擦面積を大きく確保でき、より大きなトルク容量を設定することができる。
摩擦部材74と受動ギア71の間には、プレート部材73が挟まれるので、受動ギア71の形状や大きさに影響されずに、摩擦部材74がプレート部材73に圧接されることで、摩擦面積を容易に確保でき、より大きなトルク容量を設定し易い。

プレート部材73は、受動ギア71と相対回転不能に係合するので、プレート部材73と受動ギア71は一体に回転し、両者間で滑りはないため、受動ギア71に受けた動力を滑りなくプレート部材73に伝達でき、大きなトルク容量を設定し易い。

本トルクリミッタ70は、設定されたトルク容量を超える過大な負荷が加わると動力伝達を抑制するので、スタータモータに過大な負荷がかかることを防止して、スタータモータ50を保護することができる。

本トルクリミッタ70は、伝達ギア72と一体の回転軸部72ａに受動ギア71が回転自在に軸支され、受動ギア71の両側から係合されたプレート部材73，73に対して皿ばね75のばね力によって摩擦部材74，74が圧接される簡単でコンパクトな構造である。

自動二輪車に搭載の内燃機関においてクランク軸20にスタータモータ50から動力を伝達する動力伝達機構である減速ギア機構60は、限られた狭いスペースに配設されるが、このような減速ギア機構60にコンパクトな構造の本トルクリミッタ70は、容易に組み込み易い。

減速ギア機構60にトルクリミッタ70を組み込むに際して、摩擦部材74およびプレート部材73の外径が受動ギア71の外径より大きいので、トルクリミッタ70の受動ギア71とアイドルギア61とを噛合させるのに、トルクリミッタ70またはアイドルギア61を軸方向に平行移動させて噛合させることはできない。

そこで、本実施の形態では、減速ギア機構60を組付けるのに、図３を参照して、まず減速ギア軸80に回転自在に軸支された互いに一体に形成された大径ギア81ａと小径ギア81ｂのうち大径ギア81ａとトルクリミッタ70の伝達ギア72とを噛合させた状態で、減速ギア軸80とトルクリミッタ70を同時に軸受壁11Rwに組み付ける。
その際、小径ギア81ｂをスタータ被動ギア27に噛合させる。

次いで、アイドルギア61単体を軸方向に対して斜めにして、トルクリミッタ70の右側の外径の大きい摩擦部材74とプレート部材73を超えて外径の小さい受動ギア71に噛合させ、軸方向に対して垂直な姿勢に戻し、その際、アイドルギア61をスタータモータ50のスタータ駆動ギア51ａに噛合させる。

その後で、アイドルギア61の中空部に、軸カラー61ｃをカラー61ｂを介して嵌入し、ボルト62により延出側壁11Rsに軸カラー61ｃを螺着することで、アイドルギア61が軸カラー61ｃに回転自在に支承される
このようにして、減速ギア機構60を組付けることで、減速ギア機構60にトルクリミッタ70を簡単に組み込むことができる。

次に、別の実施の形態のトルクリミッタについて、図６に示す。
本実施の形態は、受動ギア71とプレート部材73の係合構造の変形例に相当し、受動ギアとプレート部材以外は前記実施の形態と同じであり、同じ部材は同じ符号を用いて示している。

本実施の形態における受動ギア91は、前記受動ギア71と略同じ形状をしているが、凹部71ｑはなく、円筒ボス部91ａの外周面にセレーション91ｓが形成されている。
一方、プレート部材93は、前記プレート部材73と略同じ形状をしているが、凸部73ｐはなく、内周面にセレーション93ｓが形成されている。

受動ギア91に同軸に対向させたプレート部材93を軸方向に移動して、受動ギア91の円筒ボス部91ａの外周面のセレーション91ｓにプレート部材93の内周面のセレーション93ｓを嵌合させて、受動ギア91の側面にプレート部材93の側面を合わせることで、受動ギア91にプレート部材93を相対回転不能に係合する。
受動ギア91の両側面に、両側からプレート部材93，93を係合する

受動ギア91に係合するプレート部材93と摩擦部材74は、ともに受動ギア91より大きい外径を有して互いに圧接されるので、摩擦面積を大きく確保でき、より大きなトルク容量を設定することができる。

以上、本発明に係る実施の形態に係るトルクリミッタについて説明したが、本発明の態様は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲で、多様な態様で実施されるものを含むものである。

10…内燃機関、11…クランクケース、11Ｌ…左クランクケース、11Lw…軸受壁、11Ｒ…右クランクケース、11Rw…軸受壁、11Rs…延出側壁、12…シリンダ、13…シリンダヘッド、14…シリンダヘッドカバー、15…左ケースカバー、16…右ケースカバー、
20…クランク軸、20La…左クランク軸体、20Ra…右クランク軸体、27…スタータ被動ギア、28…ベアリング、29…一方向クラッチ、
30…ＡＣジェネレータ、31…プライマリ駆動ギア、35…バランサ、36…バランサ被動ギア、41…メイン軸、42…プライマリ被動ギア、
50…スタータモータ、51…駆動軸、51ａ…スタータ駆動ギア、
60…減速ギア機構（動力伝達機構）、61…アイドルギア、61ｃ…軸カラー、62…ボルト、
70…トルクリミッタ、71…受動ギア、71ａ…円筒ボス部、71ｑ…凹部、72…伝達ギア、72ａ…回転軸部、72ｓ…スプライン溝、73…プレート部材、73ｐ…凸部、74…摩擦部材、75…皿ばね、76…ワッシャ、77…止め輪、78…ワッシャ、
80…減速ギア軸、81ａ…大径ギア、81ｂ…小径ギア、
91…受動ギア、91ａ…円筒ボス部、91ｓ…セレーション、93…プレート部材、93ｓ…セレーション。

Claims

スタータモータ(50)からの動力を内燃機関(10)のクランク軸(20)に伝達する動力伝達機構(60)に組み込まれたトルクリミッタ(70)であって、
スタータモータ(50)からの動力を受ける受動ギア(71)と動力を伝達する伝達ギア(72)とが同軸上に相対回転可能に配置され、
前記受動ギア(71)と前記伝達ギア(72)の間の動力は、摩擦部材(74)を介して伝達され、
前記摩擦部材(74)は、前記受動ギア(71)より外径が大きい円板状をなすことを特徴とするトルクリミッタ。
前記伝達ギア(72)は回転軸部(72a)を一体に備え、
前記受動ギア(71)は前記回転軸部(72a)に回転自在に軸支され、
前記摩擦部材(74)は、前記回転軸部(72a)に相対回転不能で軸方向に移動可能に嵌合され、
前記摩擦部材(74)が付勢手段(75)により軸方向の前記受動ギア(71)側に付勢されることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
前記摩擦部材(74)と前記受動ギア(71)の間には、プレート部材(73)が挟まれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクリミッタ。
前記プレート部材(73)は、前記受動ギア(71)よりも外径が大きい円板状をなすことを特徴とする請求項３に記載のトルクリミッタ。
前記プレート部材(73)は、前記受動ギア(71)と相対回転不能に係合することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のトルクリミッタ。