JPH08312509A - スタータ用一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 確実なトルク伝達を行なうことのできるスタ
ータ用一方向クラッチを提供すること。 【構成】 クラッチアウタ２４の内周面には、ローラ２
６を収容する楔状のカム室２４ａが形成されており、ク
ラッチインナ２５の外周面には、トルク伝達時にローラ
２６を係止する係止凹部２５ａが形成されている。ここ
で、係止凹部２５ａの深さをｈ、ローラ２６の半径を
Ｒ、クラッチインナ２５の中心Ｏ1 とローラ２６の中心
Ｏ2 とを結ぶ直線をＡおよびローラ２６の中心Ｏ2 とク
ラッチインナ２５側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢと
して、直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとすると、ｈ≧
Ｒ（１−ｃｏｓθ）の条件を満足する様に係止凹部２５
ａの深さｈが決定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スタータに用いられる
一方向クラッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば実開昭５９−２
６１０７号公報に開示されたスタータ用一方向クラッチ
がある。この一方向クラッチは、ローラを収容する楔状
空間の角度を適当な値に設定し、更に駆動体から突出す
る係止部を配設して、楔状空間に噛込むローラを当接さ
せて噛込量を一定値とすることにより、伝達トルクを一
定にして衝撃トルクを吸収している。しかし、この一方
向クラッチは、噛込量を一定にするために係止部を所定
の位置に設定する必要があるが、クラッチアウタに形成
された楔状空間の内周面とクラッチインナの外周面とに
接するローラの当接面が、楔状空間のわずかな傾斜によ
り大幅に左右に振れてしまうため、係止部を正確に位置
設定することができない。その結果、伝達トルクの最大
値を正確に決定できず、衝撃トルクの吸収が不十分とな
ってしまう。

【０００３】このため本出願人は、クラッチアウタの内
周面とクラッチインナの外周面の何方か一方にローラを
収容する楔状空間を形成し、他方にローラを係止する係
止凹部を形成した一方向クラッチを提案した（提出日：
平成６年９月７日）。この一方向クラッチでは、過大な
衝撃トルク（所定のスタータ駆動トルク以上）が入力し
た時にローラが係止凹部から離脱できるように、係止凹
部の深さが設定されている。従って、ローラが係止凹部
から離脱してクラッチアウタとクラッチインナとが相対
回転することにより、所定値以上のトルクは伝達されな
い構成となっている。これにより、ローラが係止凹部か
ら離脱する時（クラッチアウタとクラッチインナとが相
対回転を開始する時）の衝撃トルクの所定値を係止凹部
の深さで正確に決定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、先願に記載
した一方向クラッチでは、係止凹部の深さが浅い場合に
はローラに不安定な条件となり、最悪の場合、係止凹部
からローラが飛び出してトルク伝達ができなくなる可能
性を有していた。本発明は、上記事情に基づいて成され
たもので、その目的は、確実なトルク伝達を行なうこと
のできるスタータ用一方向クラッチを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の構成を採用した。請求項１では、
相対回転可能に設けられて、径方向に所定の間隔を隔て
て対面する外筒部と内筒部を有し、前記外筒部の内周面
には、断面円形の転動体を収容する楔状のカム室が形成
されて、前記内筒部の外周面には、トルク伝達時に前記
転動体を係止する係止凹部が形成されたスタータ用一方
向クラッチであり、前記係止凹部の深さをｈ、前記転動
体の半径をＲ、前記係止凹部に係止された前記転動体を
介して前記外筒部と前記内筒部との間でトルク伝達が行
なわれる時に、前記転動体の中心と前記内筒部の中心と
を結ぶ直線をＡ、および前記転動体の中心と前記内筒部
側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと
前記直線Ｂとの成す角度をθとすると、 ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ） の条件を満足することを特徴とする。

【０００６】請求項２では、相対回転可能に設けられ
て、径方向に所定の間隔を隔てて対面する内筒部と外筒
部を有し、前記内筒部の外周面には、断面円形の転動体
を収容する楔状のカム室が形成されて、前記外筒部の内
周面には、トルク伝達時に前記転動体を係止する係止凹
部が形成されたスタータ用一方向クラッチであり、前記
係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記係止
凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と前記
内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記転動
体の中心と前記外筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および
前記転動体の中心と前記内筒部側のトルク作用点とを結
ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す角度
をθとすると、 ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ） の条件を満足することを特徴とする。

【０００７】

【作用および発明の効果】

（請求項１）転動体を介して外筒部と内筒部との間でト
ルク伝達が行われる時、転動体は係止凹部に係止された
状態でカム室の内周面に当接している。ここで、仮に外
筒部から内筒部へトルク伝達される場合を考えると、転
動体には外筒部から押圧力が加わり、その押圧力を内筒
部の係止凹部で受けることになる。この時、係止凹部
は、外筒部から転動体に加わる押圧力に対して転動体に
モーメントが加わらない様に転動体を係止する必要があ
る。

【０００８】そこで、係止凹部の深さｈを内筒部側のト
ルク作用点より高くなるように設定すれば良い。即ち、
転動体の中心と内筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および
転動体の中心と内筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線を
Ｂとして、直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとした場合
に、転動体の半径ＲからＲｃｏｓθを差し引いた値以上
の深さｈを確保すれば良い。これにより、外筒部から転
動体に加わる押圧力方向に内筒部（つまり係止凹部の係
止壁面）が存在することになるため、転動体は係止凹部
に係止されてモーメントが加わらなくなるため、外筒部
と内筒部との間で確実にトルク伝達を行うことができ
る。

【０００９】なお、転動体を介して内筒部から外筒部へ
トルク伝達される場合は、上記のように係止凹部の深さ
ｈを設定することにより、係止凹部に転動体を係止させ
た状態で外筒部側へ転動体を押圧することができる。こ
のため、外筒部から内筒部へトルク伝達される場合と同
様に、転動体にモーメントが加わることはなく、確実に
トルク伝達を行うことができる。

【００１０】（請求項２）この請求項２では、内筒部の
外周面にカム室が形成されて、外筒部の内周面に係止凹
部が形成されている。つまり、カム室と係止凹部との位
置関係が請求項１の場合と反対である。但し、トルク伝
達時に転動体を係止凹部に係止させて転動体にモーメン
トが加わらない様にするための係止凹部の深さｈは、請
求項１の場合と同様に決定することができる。具体的に
は、転動体の中心と外筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、お
よび転動体の中心と内筒部側のトルク作用点とを結ぶ直
線をＢとして、直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとした
場合に、転動体の半径ＲからＲｃｏｓθを差し引いた値
以上の深さｈを確保すれば良い。これにより、転動体が
係止凹部に係止された状態で確実にトルク伝達を行うこ
とができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明のスタータの実施例を図面に基
づいて説明する。図１はトルク伝達時のクラッチ部の拡
大断面図、図２はスタータ全体の半断面図である。本実
施例のスタータ１は、通電を受けてアーマチュアシャフ
ト２に回転力を発生するスタータモータ３、このスター
タモータ３の前方側（図２の左方側）でアーマチュアシ
ャフト２と同一軸上に配されたドライブシャフト４、ス
タータモータ３の回転力をドライブシャフト４に伝達す
る回転力伝達手段（後述する）、ドライブシャフト４の
外周に軸受５を介して嵌合されたピニオン６、スタータ
モータ３への通電およびピニオン６の押出力を発生する
マグネットスイッチ７等より構成されている。

【００１２】（スタータモータ３の説明）スタータモー
タ３は、アーマチュアシャフト２を有するアーマチュア
８、このアーマチュア８の外周に配置される固定磁極
９、および固定磁極９を内周面に固定する円筒状のヨー
ク１０等より構成されて、図示しないスタータスイッチ
がＯＮ操作されてマグネットスイッチ７に内蔵された接
点（図示しない）が閉じることにより、アーマチュア８
が通電されて回転する。

【００１３】（ドライブシャフト４の説明）ドライブシ
ャフト４は、その先端部が軸受１１を介してフロントハ
ウジング１２の先端部に回転自在に支持されて、後端部
が軸受１３を介してセンタケース１４の小径円筒部１４
ａ（後述のクラッチインナ）に回転自在に支持されてい
る。このドライブシャフト４は、その後端が径方向の外
側へフランジ状に突設して、遊星歯車減速機構（後述す
る）のプラネットキャリア４ａ（本発明のフランジ部）
として一体に設けられている。また、ドライブシャフト
４の後端中央部には、軸方向に沿った中空筒状の凹部が
形成されており、この凹部内に軸受１５を配置してアー
マチュアシャフト２の先端を回転自在に支持している。
なお、センタケース１４は、フロントハウジング１２と
スタータモータ３のヨーク１０との間に挟持されて、回
転力伝達手段の外周を覆っている。

【００１４】（ピニオン６の説明）ピニオン６は、ドラ
イブシャフト４の外周にヘリカルスプライン嵌合するス
プラインチューブ１６と一体に設けられている。このピ
ニオン６は、スプラインチューブ１６がレバー１７を介
してドライブシャフト４上をヘリカルスプラインに沿っ
て前方へ押し出されることにより、エンジンのリングギ
ヤＧと噛み合うことができる。レバー１７は、一端がス
プラインチューブ１６の外周に係合されて、他端がマグ
ネットスイッチ７の先端側に突出するロッド１８に係合
され、中間部でフロントハウジング１２に揺動自在に支
持されている。

【００１５】（マグネットスイッチ７の説明）マグネッ
トスイッチ７は、前述のスタータスイッチがＯＮ操作さ
れて内蔵するコイル（図示しない）が通電されると、コ
イルに発生する磁力によってスイッチ内部に収容された
プランジャ（図示しない）を吸引する。その結果、スタ
ータモータ３の接点を閉じるとともに、ロッド１８を通
じてレバー１７を揺動操作してピニオン６押出力を発生
する。

【００１６】（回転力伝達手段の説明）回転力伝達手段
は、遊星歯車減速機構と一方向クラッチとから構成され
る。遊星歯車減速機構は、スタータモータ３の回転速度
を減速して、スタータモータ３の出力トルクを増大する
減速装置であり、アーマチュアシャフト２の外周に形成
されたサンギヤ１９、このサンギヤ１９に噛み合う３個
の遊星ギヤ２０、各遊星ギヤ２０と噛み合うインターナ
ルギヤ２１、および前述のプラネットキャリア４ａより
構成されている。

【００１７】サンギヤ１９は、アーマチュアシャフト２
と一体に回転することで、アーマチュアシャフト２の回
転を３個の遊星ギヤ２０に伝達する。３個の遊星ギヤ２
０は、それぞれプラネットキャリア４ａに固定されたピ
ン２２に軸受２３を介して回転自在に支持されており、
サンギヤ１９およびインターナルギヤ２１と噛み合いな
がらサンギヤ１９の外周を公転することで、その公転力
がプラネットキャリア４ａに伝達されてドライブシャフ
ト４に回転力を伝達する。インターナルギヤ２１は、円
筒形状に設けられて、その外周面がセンタケース１４の
円筒壁１４ｂ内周面に摺接して回転可能に組み込まれて
いる。

【００１８】一方向クラッチは、遊星歯車減速機構のイ
ンターナルギヤ２１を一方向（エンジンの回転を受けて
回転する方向）のみに回転可能に支持するもので、クラ
ッチアウタ２４（本発明の外筒部）、クラッチインナ２
５（本発明の内筒部）、ローラ２６（本発明の転動
体）、およびスプリング２７等より構成されている。ク
ラッチアウタ２４は、インターナルギヤ２１より先端側
でインターナルギヤ２１より小径の円筒形状に設けられ
て、インターナルギヤ２１の先端で径方向の内側へ延び
る環状壁部２８を介してインターナルギヤ２１と一体に
設けられている。クラッチアウタ２４の内周面には、図
１に示すように、ローラ２６およびスプリング２７を収
容する楔状のカム室２４ａが形成されている。このカム
室２４ａは、アウタ内周面の周方向に等間隔で複数設け
られている。

【００１９】クラッチインナ２５は、センタケース１４
の小径円筒部１４ａ（回転不能）によって構成されて、
クラッチアウタ２４の内周側で径方向にクラッチアウタ
２４と所定の間隔を保って配置されている。クラッチイ
ンナ２５の外周面には、図１に示すように、トルク伝達
時にローラ２６を係止する係止凹部２５ａが形成されて
いる。この係止凹部２５ａは、インナ外周面の周方向に
等間隔で複数（例えば、カム室２４ａの整数倍）設けら
れている。ローラ２６は、円柱形に設けられて、スター
タモータ３の回転力をドライブシャフト４へ伝達する時
にクラッチアウタ２４とクラッチインナ２５とをロック
して、クラッチアウタ２４（即ち、インターナルギヤ２
１）の回転を規制する。スプリング２７は、図１に示す
ようにローラ２６をカム室２４ａの狭い方へ押圧してい
る。

【００２０】クラッチインナ２５に形成された係止凹部
２５ａは、トルク伝達時にローラ２６を確実に係止する
必要がある。つまり、係止凹部２５ａの深さが浅いと、
係止凹部２５ａからローラ２６が飛び出してトルク伝達
できない場合が生じる。そこで、本発明者は、係止凹部
２５ａの深さと最大伝達トルクとの関係を実験により考
察した。なお、実験に際して、クラッチアウタ２４およ
びクラッチインナ２５はそれぞれ樹脂製（例えばナイロ
ン：商標名）、ローラ２６は鉄製とした。また、図１に
示すように、係止凹部２５ａの深さをｈ、ローラ２６の
半径をＲ、クラッチインナ２５の中心Ｏ1 とローラ２６
の中心Ｏ2 とを結ぶ直線をＡおよびローラ２６の中心Ｏ
2 とクラッチインナ２５側のトルク作用点とを結ぶ直線
をＢとして直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとする。

【００２１】ここで、Ｒ（１−ｃｏｓθ）をｈ′とし
て、ｈ／ｈ′を横軸にとり、最大伝達トルクを縦軸にと
ると、図３に示す様な特性が得られることを発見した。
即ち、ｈ／ｈ′が１未満の場合は、係止凹部２５ａの深
さが十分でない（浅い）ことから、図４（ａ）に示すよ
うに、ローラ２６に矢印Ｃ方向のモーメントが加わるた
め、容易にローラ２６がクラッチインナ２５の凸部２５
ｂを乗り越えて係止凹部２５ａから飛び出してしまう。
一方、ｈ／ｈ′が１以上の場合は、図４（ｂ）に示すよ
うに、クラッチアウタ２４からローラ２６への押圧方向
（ローラ２６に矢印で示す方向）の延長線上に係止凹部
２５ａの壁面が存在するため、ローラ２６にモーメント
が加わることはなく、ローラ２６が容易に係止凹部２５
ａから飛び出すことはない。

【００２２】但し、ｈ／ｈ′が１以上の場合でも、クラ
ッチアウタ２４からローラ２６へ過大な押圧力（例え
ば、スタータ駆動トルク以上の衝撃トルク）が加わる
と、図４（ｂ）に破線で示すように、クラッチインナ２
５の凸部２５ｂが撓むことで、ローラ２６が凸部２５ｂ
を乗り越えて係止凹部２５ａから飛び出すことになる。
従って、ｈ／ｈ′が１以上の時の最大伝達トルクは、ロ
ーラ２６から押圧力を受ける凸部２５ｂの剛性によって
決定され、それまではローラ２６の挙動が安定して（つ
まり係止凹部２５ａに係止されている）、確実にトルク
伝達が行われる。

【００２３】次に、本実施例の作動を説明する。スター
タスイッチがＯＮ操作されると、マグネットスイッチ７
によりスタータモータ３の接点が閉じてアーマチュア８
が通電されることにより、アーマチュア８に回転力が発
生する。これにより、アーマチュアシャフト２とともに
サンギヤ１９が回転して３個の遊星ギヤ２０を回転駆動
する。この時、各遊星ギヤ２０と噛み合うインターナル
ギヤ２１は、各遊星ギヤ２０の回転力を受けて図５のＤ
方向に回転しようとする。

【００２４】このインターナルギヤ２１の動作により、
クラッチアウタ２４のカム室２４ａに収納されたローラ
２６がスプリング２７に押圧され、カム室２４ａの狭い
方へ移動してクラッチインナ２５の外周面に形成された
係止凹部２５ａに係止される。これにより、クラッチア
ウタ２４は、センタケース１４に一体形成されたクラッ
チインナ２５（固定されている）にローラ２６を介して
ロックされて回転が規制される。その結果、クラッチア
ウタ２４と一体を成すインターナルギヤ２１の回転が規
制されるため、３個の遊星ギヤ２０がピン２２を中心と
して自転しながらサンギヤ１９の外周を公転し、その公
転力がプラネットキャリア４ａに伝達されて、ドライブ
シャフト４を回転駆動する。

【００２５】一方、ドライブシャフト４に嵌合するピニ
オン６は、マグネットスイッチ７の吸引力により、レバ
ー１７を介してスプラインチューブ１６と一体にドライ
ブシャフト４の軸上を前方へ押し出されてリングギヤＧ
と噛み合うことで、スタータモータ３の回転力をリング
ギヤＧに伝達する。

【００２６】その後、エンジンが回転すると、ドライブ
シャフト４がエンジンにより高速で回されるため、プラ
ネットキャリア４ａに支持された各遊星ギヤ２０の自転
方向が反転する。これにより、回転規制されていたイン
ターナルギヤ２１が各遊星ギヤ２０の回転力を受けて図
５のＥ方向に回転する。その結果、それまで係止凹部２
５ａに係止されていたローラ２６がスプリング２７の付
勢力に抗してカム室２４ａの広い方へ移動し、クラッチ
インナ２５とクラッチアウタ２４とのロックを解除する
ことにより、インターナルギヤ２１は空転することがで
きる。これにより、エンジンで発生した回転力は、イン
ターナルギヤ２１が空転することでアーマチュアシャフ
ト２へ伝達されることはなく、スタータモータ３のオー
バランを防止することができる。

【００２７】（本実施例の効果）本実施例では、クラッ
チアウタ２４からローラ２６への押圧力方向の延長線上
に壁面（凸部２５ｂ）が存在する様に係止凹部２５ａの
深さを設定したことにより、トルク伝達時にローラ２６
が容易に係止凹部２５ａから飛び出すことはなく、確実
にトルク伝達を行うことができる。また、クラッチイン
ナ２５を樹脂製とした場合、クラッチアウタ２４からロ
ーラ２６を介して過大な衝撃トルクが加わった時に、ク
ラッチインナ２５の凸部２５ｂが撓んでローラ２６が凸
部２５ｂを乗り越えて係止凹部２５ａから飛び出すこと
ができる。これにより、クラッチインナ２５へ衝撃トル
クが伝達されることはなく、衝撃力を吸収することがで
きる。

【００２８】（変形例）本実施例では、クラッチアウタ
２４を遊星歯車減速機構のインターナルギヤ２１と一体
に設けたが、クラッチインナ２５をインターナルギヤ２
１と一体に設けて、クラッチアウタ２４を回転不能とし
ても良い。また、カム室２４ａと係止凹部２５ａとの位
置関係は上記実施例の場合と反対でも良い。即ち、クラ
ッチアウタ２４の内周面に係止凹部２５ａを形成して、
クラッチインナ２５の外周面にカム室２４ａを形成して
も良い。さらに、本実施例では、クラッチアウタ２４を
インターナルギヤ２１と一体に設けたことで、クラッチ
インナ２５をセンタケース１４に設けて回転不能とした
が、クラッチアウタ２４およびクラッチインナ２５共に
回転可能な構成としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】トルク伝達時のクラッチ部の拡大断面図であ
る。

【図２】スタータ全体の半断面図である。

【図３】係止凹部の深さと最大伝達トルクとの関係を示
すグラフである。

【図４】ローラにモーメントが加わる時のクラッチ部断
面図（ａ）およびトルク伝達が行われる時のクラッチ部
断面図（ｂ）である。

【図５】一方向クラッチの半断面図である。

【符号の説明】

１ スタータ ２４ クラッチアウタ（外筒部） ２４ａ カム室 ２５ クラッチインナ（内筒部） ２５ａ 係止凹部 ２６ ローラ（転動体）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対回転可能に設けられて、径方向に所定
   の間隔を隔てて対面する外筒部と内筒部を有し、前記外
   筒部の内周面には、断面円形の転動体を収容する楔状の
   カム室が形成されて、前記内筒部の外周面には、トルク
   伝達時に前記転動体を係止する係止凹部が形成されたス
   タータ用一方向クラッチであり、 前記係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記
   係止凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と
   前記内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記
   転動体の中心と前記内筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、お
   よび前記転動体の中心と前記内筒部側のトルク作用点と
   を結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す
   角度をθとすると、 ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ） の条件を満足することを特徴とするスタータ用一方向ク
   ラッチ。
2. 【請求項２】相対回転可能に設けられて、径方向に所定
   の間隔を隔てて対面する内筒部と外筒部を有し、前記内
   筒部の外周面には、断面円形の転動体を収容する楔状の
   カム室が形成されて、前記外筒部の内周面には、トルク
   伝達時に前記転動体を係止する係止凹部が形成されたス
   タータ用一方向クラッチであり、 前記係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記
   係止凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と
   前記内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記
   転動体の中心と前記外筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、お
   よび前記転動体の中心と前記内筒部側のトルク作用点と
   を結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す
   角度をθとすると、 ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ） の条件を満足することを特徴とするスタータ用一方向ク
   ラッチ。