WO2012077501A1

WO2012077501A1 - エンジン始動装置

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Publication number: WO2012077501A1
Application number: PCT/JP2011/077053
Authority: WO
Inventors: 水野　大輔; 下地　治彦; 亀井　光一郎; 阿部　雅美; 栗重　正彦; 弘明北野; 裕平塚原; 雅宏家澤; 小田原　一浩
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2012-06-14
Also published as: CN103228907A; DE112011104039T5; JPWO2012077501A1; US20130192419A1

Abstract

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際に、リングギア、ピニオンギアの回転数差がどちらにあった場合においても、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。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（３０）と、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ギア（３４）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（１００）とを備え、ピニオン部は、リングギアと噛み合うピニオンギアの噛み合い軸方向の先端部のすべての歯において、噛み合い軸方向に平行な一対の面であり、かつピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みとなるように構成された同期用面をもつ。

Description

エンジン始動装置

　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際に、リングギア、ピニオンギアの回転数差がどちらにあった場合においても、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ギアと噛み合い、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、リングギアと噛み合うピニオンギアの噛み合い軸方向の先端部のすべての歯において、噛み合い軸方向に平行な一対の面であり、かつピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みとなるように構成された同期用面をもつものである。

　本発明に係るエンジン始動装置によれば、ピニオンギアの先端部にピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みを有する同期用面を設けており、ギア同士の端面の摩擦で同期させるのではなく、同期用面を衝突させることで同期させる構造を備えることにより、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際に、リングギア、ピニオンギアの回転数差がどちらにあった場合においても、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斜視図である。本発明の実施の形態１におけるピニオンギアの形状を示した斜視図である。本発明の実施の形態１におけるピニオンギアの別の形状を示した斜視図である。本発明の実施の形態１における図５に示したピニオンギアの正面図および側面図である。本発明の実施の形態２におけるピニオンギアの形状を示した斜視図である。本発明の実施の形態２におけるピニオンギアの正面図および側面図である。本発明の実施の形態３におけるピニオンギアの形状を示した斜視図である。本発明の実施の形態３におけるピニオンギアの正面図および側面図である。本発明の実施の形態４におけるエンジン始動装置のリングギアの形状を示した斜視図および部分拡大図である。本発明の実施の形態４におけるピニオンギアとリングギアの先端がかみ合う際の斜視図である。本発明の実施の形態４におけるピニオンギアとリングギアの先端がかみ合う際の軸方向から透視したイメージ図である。本発明の実施の形態４における先の図１３に示したイメージ図の部分拡大図である。本発明の実施の形態５におけるピニオンギアの形状を示した斜視図である。

　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の構成部品の分解斜視図である。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、ピニオンギア３４、および保持部品３５を備えて構成されている。

　図４は、本発明の実施の形態１におけるピニオンギア３４の形状を示した斜視図である。図４における各符号は、以下の内容を示している。
　　３４ａ：ピニオンギア３４のリングギア１００側の端面部分に設けられた噛み合い用の先端部
　　３４ｂ：ピニオンギア３４の歯厚
　　３４ｃ：先端部３４ａの歯厚
　　３４ｄ：ピニオンギア３４の噛み合い用の溝
　　３４ｅ１：ピニオンギア３４の歯のトルク伝達側の面
　　３４ｅ２：ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面
　　３４ｆ２：先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面
　　３４ｇ２：先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２と、歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２との段差の面取り部
　　３４ｈ：先端部３４ａの歯先外径部の面取り

　図４に示すように、ピニオンギア３４のリングギア１００側端面には、先端部３４ａがリングギア１００側に突起する形状として、各歯の先端に存在する。ここで、図４に示す先端部３４ａのトルク伝達側の面は、ピニオンギア３４の歯のトルク伝達側の面３４ｅ１と同一面になっている。

　これに対して、先端部３４ａのトルク非伝達側の面は、ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２と段差有している。すなわち、ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２を転位させた面として、先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２が存在する。

　そして、ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２と先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２との間の段差には、面取り部３４ｇ２が存在する。先端部３４ａの歯厚３４ｃは、ピニオンギア３４の歯厚３４ｂよりも小さくなっている。

　一方、図５は、本発明の実施の形態１におけるピニオンギア３４の別の形状を示した斜視図である。先の図４では、先端部３４ａがリングギア１００側に突起する形状であった。しかしながら、図５に示すように、突起形状を有さずに、先端部３４ａの端面が、リングギア側のピニオンギア端面と同一平面となるように連結されていても問題ない。この図５のような構成とすることで、ピニオンギア３４の加工を簡単にして、コストを抑制することができる。

　上述したような、図４あるいは図５に示した先端部３４ａを有する形状は、結果的に、ピニオンギア３４に対して二つの緒元をもった、転位した２段のピニオンギアとなる。すなわち、噛み合い後のピニオンギア３４の歯厚３４ｂを有する部分と、最初にリングギア１００と噛み合うための先端部３４ａの歯厚３４ｃ（ここで、歯厚３４ｃは、歯厚３４ｂよりも薄い関係にある）を有する部分とを備えた２段構造のピニオンギアとなっている。

　先端部３４ａを有する１段目のピニオンギア部において、ピニオンギア３４の先端部３４ａには、製造上必要な歯先外径部の面取り３４ｈ以外の面取りが存在せずに、歯として軸方向と平行の面で構成されている。ここでの平行とは、クラウニングレベルの角度は問題ないレベルであることと定義される。

　リングギア１００が回転中で、ピニオンギア３４の回転数よりもリングギア１００が早く回転している場合を考える。この場合に、スイッチによりコイル４１に通電させてプランジャ５０を引き込み、レバー６０を介してピニオン部３０を押し出した際には、リングギア１００に当接したときのピニオンギア３４は、平行の面として構成されたピニオンギア３４の側面部、および先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２の２つの面で衝突することになる。

　ピニオンギア３４は、噛み合い用の溝３４ｄが切られている。したがって、側面部で衝突した場合には、ピニオンギア３４は、軸芯３２に切られた溝によって後退して、コイルバネ３３が縮む。この時のダンパー効果により、次の歯の位相がずれて、挿入可能な角度位相まで当接している。

　さらに、先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２に衝突した際には、リングギア１００とピニオンギア３４の回転数差のトルク力は、軸方向成分を持っておらず、ピニオンギア３４の回転力となるため、同期する方向で噛み合う。したがって、リングギア１００とピニオンギア３４に回転数差があった場合にも、２段構成のピニオンギア３４を採用することで、ピニオンギア３４がはじかれることなく、噛み合うことが可能となる。

　これに対して、２段構成を有さず、先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２および面取り部３４ｇ２のないピニオンギアを、回転数差がある状態でリングギア１００に当接させた場合には、ほとんど噛み合うことができない。これは、噛み合い後の噛み合い率の確保のために、ピニオンギアとリングギア１００のバックラッシ量が制限されており、通常のバックラッシ量では、リングギア１００の歯が、ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２に当たらずに、側面で当接したまま、同期するまでこすれている状態が続いてしまうためである。

　一方、本発明では、噛み合いに適した所定のバックラッシ量を、噛み合いと関係のない先端部３４ａ（すなわち、１段目のピニオンギア部）に設けることで、ピニオンギア３４がはじかれることなく、噛み合うことを可能としている。図６は、本発明の実施の形態１における図５に示したピニオンギア３４の正面図および側面図である。図６に示す先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２の軸方向の深さ寸法３４ｉは、リングギア１００とピニオンギア３４とが噛み合ってワンウェイクラッチを回すだけで、トルクが加えられる面深さを確保しておればよい。

　したがって、本発明のピニオンギア３４を使用することで、ピニオンギア３４がはじかれることなく、瞬時にピニオンギア３４とリングギア１００との噛み合いが可能となる。具体的には、従来の面取りでは、回転数差が５０ｒｐｍレベル以内でなくては噛み合わなかった。これに対して、本発明では、ピニオンギア３４を２段構成を有する形状に変えるだけで、３００ｒｐｍレベルの回転数差があっても噛み合うことが可能となることが確認できた。

　以上のように、実施の形態１によれば、ピニオンギアの先端部にピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みを有する同期用面（ピニオンギア部同期用面）を設けており、ギア同士の端面の摩擦で同期させるのではなく、歯面を衝突させることで同期させる２段構造を備えている。これにより、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際に、リングギア、ピニオンギアの回転数差がどちらにあった場合においても、より確実な同期と位相合わせを、当接した瞬時に行うことが可能となる。この結果、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、コストを上げることなく実現することができる。

　実施の形態２．
　先の実施の形態１では、同期用面３４ｆ２および面取り部３４ｇ２を、先端部３４ａのトルク非伝達側の面だけに設け、トルク伝達側の面は同一面とする構成について説明した。これに対して、本実施の形態２では、トルク非伝達側の面とともに、トルク伝達側の面にも、同期用面および面取り部を設けた構成について説明する。

　図７は、本発明の実施の形態２におけるピニオンギア３４の形状を示した斜視図である。なお、ピニオン部３０を押し出す構造や動作は、先の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

　図７における各符号は、以下の内容を示している。
　　３４ａ：ピニオンギア３４のリングギア１００側の端面部分に設けられた噛み合い用の先端部
　　３４ｂ：ピニオンギア３４の歯厚
　　３４ｃ：先端部３４ａの歯厚
　　３４ｄ：ピニオンギア３４の噛み合い用の溝
　　３４ｅ１：ピニオンギア３４の歯のトルク伝達側の面
　　３４ｅ２：ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面
　　３４ｆ１：先端部３４ａのトルク伝達側の同期用面
　　３４ｆ２：先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面
　　３４ｇ１：先端部３４ａのトルク伝達側の同期用面３４ｆ１と、歯のトルク伝達側の面３４ｅ１との段差の面取り部
　　３４ｇ２：先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２と、歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２との段差の面取り部

　図７に示す本実施の形態２におけるピニオンギア３４の形状は、先の実施の形態１と同様に、先端部３４ａのトルク非伝達側の面において、同期用面３４ｆ２および面取り部３４ｇ２を有している。さらに、本実施の形態２では、先端部３４ａのトルク伝達側の面においても、同期用面３４ｆ１および面取り部３４ｇ１を有している。すなわち、トルク伝達側の面においても、段差を設けた２段構造とし、ピニオンギア３４の歯のトルク伝達側の面３４ｅ１を転位させた面として、先端部３４ａのトルク伝達側の同期用面３４ｆ１が存在する。

　このように、トルク伝達側の面にも段差を設けることで、リングギア１００とピニオンギア３４が完全に噛みあって過大なトルクが負荷されたときに、先端部３４ａの肉厚が薄い箇所へ負荷が加わらない構造とすることができる。この際に、トルク伝達側の面のピニオンギア３４の段差は、ワンウェイクラッチが働かない段差となるため、公差も含めて最小にしておくことが望ましい。

　図８は、本発明の実施の形態２におけるピニオンギア３４の正面図および側面図である。先端部３４ａの歯厚３４ｃは、トルク伝達部であるピニオンギア３４の歯厚３４ｂよりも歯厚が薄くなっているだけでなく、図８に示すように、トルク伝達側へ偏心している。このような偏心構造とすることで、トルク伝達側の面のピニオンギア３４の段差を最小化でき、段差による磨耗も最小限に抑制することができる。

　また、図８に示す先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２の軸方向の深さ寸法３４ｉは、リングギア１００とピニオンギア３４とが噛み合ってワンウェイクラッチを回すだけで、トルクが加えられる面深さを確保しておればよい。

　以上のように、実施の形態２によれば、ピニオンギアの先端部にピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みを有する同期用面を設けており、ギア同士の端面の摩擦で同期させるのではなく、歯面を衝突させることで同期させる２段構造を備えている、これにより、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際に、リングギア、ピニオンギアの回転数差がどちらにあった場合においても、より確実な同期と位相合わせを、当接した瞬時に行うことが可能となる。この結果、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、コストを上げることなく実現することができる。

　さらに、トルク非伝達側の面とともに、トルク伝達側の面にも、同期用面および面取り部を設けた２段構造としている。このように、トルク伝達側の面にも段差を設けることで、リングギアとピニオンギアが完全に噛みあって過大なトルクが負荷されたときに、先端部の肉厚が薄い箇所へ負荷が加わらない構造とすることができる。さらに、トルク非伝達側の面の段差とトルク伝達側の面の段差を偏心構造とすることで、トルク伝達側の面のピニオンギアの段差を最小化でき、段差による磨耗も最小限に抑制することができる。

　実施の形態３．
　先の実施の形態１、２では、ピニオンギア３４の先端部３４ａの形状が、何れも歯で構成されている場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、ピニオンギア３４の先端部３４ａの形状が、歯と同じ数の突起で構成されている場合について説明する。

　図９は、本発明の実施の形態３におけるピニオンギア３４の形状を示した斜視図である。なお、ピニオン部３０を押し出す構造や動作は、先の実施の形態１、２と同様であり、説明を省略する。

　図９における各符号は、以下の内容を示している。
　　３４ａ：ピニオンギア３４のリングギア１００側の端面部分に設けられた噛み合い用の先端部
　　３４ｂ：ピニオンギア３４の歯厚
　　３４ｃ：先端部３４ａの歯厚
　　３４ｄ：ピニオンギア３４の噛み合い用の溝
　　３４ｅ１：ピニオンギア３４の歯のトルク伝達側の面
　　３４ｅ２：ピニオンギア３４の歯のトルク非伝達側の面
　　３４ｆ１：先端部３４ａのトルク伝達側の同期用面
　　３４ｆ２：先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面
　　３４ｇ２：先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２と、歯のトルク非伝達側の面３４ｅ２との段差の面取り部
　　３４ｊ：先端部３４ａのトルク伝達側の面の根元に設けられた幅方向突起部

　図９に示すピニオンギア３４の形状は、先端部３４ａが歯ではなく、歯と同じ数の突起、およびトルク伝達側の面の突起の根元に設けられた幅方向突起部３４ｊで構成されている。本実施の形態３における先端部３４ａの形状は、インボリュート歯形などの一般的な歯とは関係なく、突起の領域は、歯の断面よりも小さい領域で構成されている。さらに、先の実施の形態１、２と同様に、軸方向に平行な面として、同期用面３４ｆ１、３４ｆ２を有している。

　このように、リングギア１００の透き間に対して、先端部３４ａの突起部の大きさ（３４ｃ）は、ピニオンギア３４の大きさ（３４ｂ）よりも小さく構成されているため、突起部分の同期用面３４ｆ１、３４ｆ２で衝突した際には、回転速度がほぼ一致する。したがって、先の実施の形態１、２と同様の効果が得られる。

　図１０は、本発明の実施の形態３におけるピニオンギア３４の正面図および側面図である。先端部３４ａの歯厚３４ｃは、トルク伝達部であるピニオンギア３４の歯厚３４ｂよりも歯厚が小さくなっているだけでなく、図１０に示すように、トルク伝達側へ偏心している。このような偏心構造とすることで、先端部３４ａの形状を歯と同じ数の突起で構成した場合にも、先の実施の形態２と同様に、トルク伝達側の面のピニオンギア３４の段差を最小化でき、段差による磨耗も最小限に抑制することができる。

　また、図１０に示す先端部３４ａのトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２の軸方向の深さ寸法３４ｉは、リングギア１００とピニオンギア３４とが噛み合ってワンウェイクラッチを回すだけで、トルクが加えられる面深さを確保しておればよい。

　以上のように、実施の形態３によれば、ピニオンギアの先端部の形状を、歯と同じ数の突起で構成することによっても、先の実施の形態１、２と同様に、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、コストを上げることなく実現することができる。

　なお、ピニオン部３０を押し出す機構は、先の実施の形態１における図１、図２に示した機構に限られたものではない。モータの駆動力を利用して軸方向に押し出す機構など、他の手段を用いてよく、同様の効果を得ることができる。

　実施の形態４．
　先の実施の形態１～３では、ピニオンギア３４の先端部３４ａの形状の工夫により噛み合いに適した所定のバックラッシ量を持たせ、バックラッシ量の拡大を図った場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、リングギア１００の先端形状についても、先端形状を同様に工夫し、バックラッシ量を拡大することでさらなる効果を得る方法について述べる。

　図１１は、本発明の実施の形態４におけるエンジン始動装置のリングギア１００の形状を示した斜視図および部分拡大図である。ピニオン側のエンジン始動装置は、先の実施の形態１、２または３と同様である。したがって、ピニオン側の動作方法は、先の実施の形態１、２または３と同様になっている。

　ピニオンギア３４の先端形状は、バックラッシを大きくするように歯厚方向に細くなっている。なお、先の実施の形態３でのピニオン先端形状は、インボリュートではないため、バックラッシの定義は明確でないが、ピニオンギア３４とリングギア１００の回転方向のガタ空間の最小距離を「バックラッシ」に相当する値として示している。

　このバックラッシ量をさらに大きくすることで、挿入のしやすさは、さらなる改善が見込める。しかしながら、ピニオンギア３４の形状によるバックラッシ量を大きくする方向は、ピニオンギア３４の歯厚を小さくする方向に相当するため、バックラッシ量を大きくすることで、ピニオンギア３４の強度は劣化していく。

　そこで、本実施の形態４では、ピニオンギア３４の強度を確保しながら、バックラッシ量を拡大するために、リングギア１００にも同様に、噛み合い後の歯面と平行な、歯厚の小さな面を持たせることで解決を図っている。

　具体的には、図１１（ｂ）における部分拡大図に示したように、リングギア１００の形状を工夫することが考えられる。ここで、図１１（ｂ）における各符号は、以下の内容を示している。
　　１００ａ：噛み合い用の先端部
　　１００ｂ：リングギア１００の歯厚
　　１００ｃ：リングギア１００の先端部１００ａの歯厚
　　１００ｅ１：リングギア１００の歯のトルク伝達側の面
　　１００ｅ２：リングギア１００の歯のトルク非伝達側の面
　　１００ｆ２：リングギア１００の先端部１００ａのトルク非伝達側の同期用面
　　１００ｇ２：先端部１００ａのトルク非伝達側の同期用面１００ｆ２と、歯のトルク非伝達側の面１００ｅ２との段差の面取り部

　図１２は、本発明の実施の形態４におけるピニオンギア３４とリングギア１００の先端がかみ合う際の斜視図である。また、図１３は、本発明の実施の形態４におけるピニオンギア３４とリングギア１００の先端がかみ合う際の軸方向から透視したイメージ図である。

　ピニオンを押し込み、先端部３４ａが押し込まれる際のバックラッシの大きさは、ピニオンギア３４のトルク非伝達側の同期用面３４ｆ２と、リングギア１００のトルク非伝達側の同期用面１００ｆ２の間のクリアランスとなる。ここで、ピニオンのみでこのバックラッシ量を確保するためには、先端部３４ａの歯厚をさらに細くする必要がある。しかしながら、この場合には、ピニオンの歯厚が細くなりすぎるために、ピニオンギア３４とリングギア１００が衝突する際に、ピニオンギア３４の先端部３４ａが強度不足により破損してしまうことがある。

　これに対して、ピニオンギア３４側の先端部３４ａをさらに細くする代わりに、先の図１１ｂに示したように、リングギア１００側の先端部１００ａを細くすることで、ピニオンギア３４、リングギア１００のそれぞれの強度を確保しながら、噛み合い性の改善を図ることが可能となる。この結果、ピニオンのみでは、バックラッシ量がトルク伝達面同士の噛み合いの１．５倍レベルで可能であったものを、リングギア１００側の先端形状も細くすることで、３倍レベルでのバックラッシ量を得ることができる。

　また、リングギア１００側の先端形状だけを細くし、ピニオンギア３４側の先端形状は細くしない構成とすることによっても、ピニオンギア３４側の先端形状だけを細くしてバックラッシ量を大きくした場合と同様の効果を得ることができ、１．５倍レベルのバックラッシ量を得ることができる。

　図１４は、本発明の実施の形態４における先の図１３に示したイメージ図の部分拡大図である。図１４に示すように、リングギア１００の先端部１００ａのトルク非伝達側の面１００ｅ２は、インボリュートなどの歯面である必要はなく、歯元付近の強化をするための形状も可能である。

　以上のように、実施の形態４によれば、リングギアの先端部にリングギアの歯厚よりも薄い厚みを有する同期用面（リングギア部同期用面）を設けており、ギア同士の端面の摩擦で同期させるのではなく、歯面を衝突させることで同期させる２段構造を備えている。これにより、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際に、リングギア、ピニオンギアの回転数差がどちらにあった場合においても、より確実な同期と位相合わせを、当接した瞬時に行うことが可能となる。

　さらに、リングギア側の同期用面とピニオンギア側の同期用面とを併用することで、噛み合い始めの先端部同士のバックラッシ量を、噛み合い後のバックラッシ量よりも、より大きくすることができ、確実な同期と瞬時の位相合わせの面で、より一層の効果を得ることができる。この結果、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、コストを上げることなく実現することができる。

　なお、上述した実施の形態１～４において説明したピニオンギア側の同期用面、およびリングギア側の同期用面は、ピニオンギア押し出し力を上回らないレベルで傾けることにより、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可能となる。

　実施の形態５．
　先の実施の形態１～４では、ピニオンギア３４の先端部３４ａの形状を工夫することにより、噛み合いに適した所定のバックラッシ量を持たせ、バックラッシ量の拡大を図った場合について説明しているが、バックラッシの量を、すべての歯について適応することで対応していた。これに対して、本実施の形態５では、バックラッシの量を変則的に拡大して強度確保を図る場合について説明する。

　図１５は、本発明の実施の形態５におけるピニオンギアの形状を示した斜視図である。この図１５では、ピニオンの歯厚が細くなっている同期用面３４ｆと、このような同期用面３４ｆを持たずにトルク伝達面と同一面である面３４ｅとが、交互に配置されている場合を例示している。すなわち、本実施の形態５におけるピニオンギア３４は、先端部の歯厚が、細くならずにそのままの厚みのものも存在する形状となっている。

　歯厚がそのままの厚みのものであっても、面３４ｅは軸方向の面であることから、リングギア１００が衝突してもはじかれることはない。さらに、ピニオンギア３４の歯の中には、歯厚が細くなっている同期用面３４ｆを持った歯が混在しているため、噛み合いに適したバックラッシ量を有する箇所が存在することとなり、その分だけ噛み合いやすくなっている。

　以上のように、実施の形態５によれば、歯厚がそのままの歯と歯厚が細くなっている歯とが混在する形で、ピニオンギアが形成されている。このため、初期にリングギアと衝突するピニオンギアの歯に関して、歯厚が細くなっているピニオンギアの歯にリングギアが衝突する回数が、確率的に減ることとなる。この結果、繰り返し使用する際には、ピニオンギアの寿命が伸び、耐久性が増すこととなる。そして、エンジン側の慣性が大きく、衝突の衝撃が大きい場合には、ピニオンギアの寿命を確保しながら、噛み合い性の改善を図ることが可能となる。

Claims

　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、
　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ギアと噛み合い、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、前記リングギアと噛み合う前記ピニオンギアの噛み合い軸方向の先端部のすべての歯において、前記噛み合い軸方向に平行な一対の面であり、かつ前記ピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みとなるように構成されたピニオン部同期用面をもつ
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１に記載のエンジン始動装置において、
　前記噛み合い軸方向に対して垂直方向の断面において、前記先端部に設けられた前記ピニオン部同期用面の断面領域は、前記ピニオン部の歯の断面領域内であり、かつ前記歯の断面領域よりも小さくなるように構成されている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
　前記先端部に設けられた前記ピニオン部同期用面は、前記リングギア側の端面が、前記ピニオンギアの前記リングギア側の端面と同一平面となるように連結されている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
　前記ピニオンギアは、前記ピニオンギアの噛み合い部の転位量、または圧力角によって、噛み合い後の前記ピニオンギアの歯厚よりも小さい歯厚を有する前記先端部を備えることで、歯の諸元が２段構造になっている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項４に記載のエンジン始動装置において、
　前記先端部は、歯先外径を小さくす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。
　請求項４または５に記載のエンジン始動装置において、
　前記先端部の歯形状は、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。
　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
　前記先端部に設けられた前記ピニオン部同期用面は、トルク伝達側の面形状が前記ピニオンギアの歯のトルク伝達側の面と同一面となっており、トルク非伝達側の面形状が前記ピニオンギアの歯のトルク非伝達側の面と同一面でなく段差を有している
ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
　前記先端部は、前記同起用面のうち、トルク伝達側の面形状が前記ピニオンギアの歯のトルク伝達側の面と同一面でない第１の段差を有しており、トルク非伝達側の面形状が前記ピニオンギアの歯のトルク非伝達側の面と同一面でない第２の段差を有しており、前記第１の段差が前記第２の段差よりも小さく、前記先端部の前記ピニオン部同期用面には、前記ピニオンギアが前記リングギアと噛み合った後にモータトルク力が伝達されない
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　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、前記ピニオンギアと前記ピニオン部の軸芯とで前記ピニオンギアのみが軸方向に移動できる構成となっており、かつ、前記軸方向の連結は、バネで固定されている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１ないし９のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
　前記リングギアは、前記ピニオンギアと噛み合う先端部のすべての歯において、前記噛み合い軸方向に平行な一対の面であり、かつ前記リングギアの歯厚よりも薄い厚みとなるように構成されたリングギア部同期用面をもつ
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１０に記載のエンジン始動装置において、
　前記ピニオン部同期用面は、前記ピニオンギアの歯厚よりも薄い厚みとなるように構成される代わりに、前記ピニオンギアの歯厚と同一の厚みとなるように構成されている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　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、
　前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い始めの先端部の所定の面同士のバックラッシ量が、噛み合い後のバックラッシ量よりも１．５倍以上になっている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　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、
　前記ピニオンギア部同期用面およびリングギア部同期用面は、ピニオンギア押し出し力を上回らないレベルで傾いている
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１ないし１３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、前記リングギアと噛み合う前記ピニオンギアの噛み合い軸方向の先端部のすべての歯において、前記ピニオン部同期用面をもつ代わりに、一部分の歯において、前記ピニオン部同期用面をもたない歯を混在させた構成を有する
　ことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１４に記載のエンジン始動装置において、
　前記ピニオン部は、前記ピニオン部同期用面をもつ歯と、前記ピニオン部同期用面をもたない歯とが交互に存在する構成を有する
　ことを特徴とするエンジン始動装置。