WO2013171876A1 - エンジン始動装置 - Google Patents

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阿部　雅美
亀井　光一郎
小田原　一浩
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三菱電機株式会社
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    • H01H51/065—Relays having a pair of normally open contacts rigidly fixed to a magnetic core movable along the axis of a solenoid, e.g. relays for starting automobiles

Definitions

  • This invention relates to an engine starter for starting the engine by transmitting the rotational force of the motor from the moving body to the ring gear of the engine.
  • Patent Document 1 an engine starter having an electromagnetic switch capable of independently operating an on / off function of a motor energization circuit and a function of popping a moving body has been proposed.
  • Patent Document 2 there is an electromagnetic switch described in Patent Document 1 that uses the electromagnetic switch to synchronize the rotational speed of the moving body with the rotational speed of the ring gear, and then causes the moving body to pop out and mesh with the ring gear.
  • Patent Document 2 an electromagnetic switch described in Patent Document 1 that uses the electromagnetic switch to synchronize the rotational speed of the moving body with the rotational speed of the ring gear, and then causes the moving body to pop out and mesh with the ring gear.
  • the rotational force of the motor is transmitted from the output shaft to the moving body through helical spline coupling, the rotational force is also applied in the axial direction due to the lead angle that is the inclination of the helical spline gear and the inertia of the moving body. May pop out and come into contact with the ring gear.
  • FIG. 3 explains the problems of a conventional engine starter having an electromagnetic switch capable of independently operating the motor energization circuit on and off and the function of popping out the moving body.
  • FIG. 3A shows when the motor is stationary, and FIG. 3B shows when the motor is rotating.
  • the output shaft is rotated by the rotational energy from the motor.
  • the rotational energy of the output shaft is transmitted to the moving body by the coupling of the output shaft and the helical splines 37 and 38 of the moving body.
  • the output shaft rotates in the direction of the arrow X due to the inclination of the helical spline coupling and the inertia of the moving body, the output shaft moves.
  • the body jumps out in the axial direction (arrow Y direction). 3, when FIG. 3 is rotated 90 ° clockwise, the direction is the same as in FIGS. 1 and 2 described later.
  • the upward direction (arrow Y direction) is In the ring gear direction.
  • the helical spline coupling part originally set by the circular diameter is represented by a plan view, and the meshing of each gear is shown.
  • the present invention has been made to solve such problems. Even if the motor energization circuit is operated earlier than the moving body push-out function without increasing the size of the electromagnetic switch, the rotational force of the motor and the output It is an object of the present invention to provide an engine starter that can prevent the moving body from protruding in the axial direction due to the shaft and the lead angle of the helical spline coupling portion of the moving body.
  • An engine starter includes a motor that generates torque when electric power is supplied, an output shaft formed with a helical spline that transmits the torque of the motor, and a helical spline that engages with the output shaft.
  • a moving body that transmits the torque of the motor to the engine side, a motor operating plunger that is magnetized by energizing the motor operating solenoid coil, and a function that switches on and off the power supply to the motor by moving the motor operating plunger; By energizing the moving body operating solenoid coil, the moving body operating plunger is magnetized, and the moving body moving plunger moves the moving body to the ring gear side independently through the pushing mechanism.
  • An engine starter comprising an electromagnetic switch having a mechanism, A notch is formed in the power transmission side tooth surface of at least one of the shaft and the moving body, and when the engine starter is stationary, the notch is the moving body (or the output shaft).
  • the output shaft and the helical spline of the moving body are arranged so as to mesh with a part of the helical spline.
  • the angle of the notch portion with respect to the motor axis direction is made smaller than the lead angle of the helical spline portion.
  • the engine starting device of the present invention even if the motor energization circuit is operated earlier than the moving body push-out function, the moving body does not jump out, the proof strength of the moving body and the ring gear is improved, and at the same time, noise caused by the collision is eliminated.
  • the effect of silence can be expected.
  • structural changes are small with respect to the existing shape, and the appearance of the engine starter does not change, so an engine starter with excellent layout can be obtained.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an engine starter according to Embodiments 1 to 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of a helical spline coupling mechanism portion in the first to third embodiments of the present invention. It is detail drawing explaining the problem of the jumping out of the moving body at the time of the motor rotation start in the conventional apparatus which is the background of this invention. It is an arrangement diagram of the output shaft and the helical spline of the moving body in the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a meshing sectional view of a notch portion of an output shaft and a power transmission side tooth surface of a moving body in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a detailed view of a lead angle of a notch portion of an output shaft and a power transmission side tooth surface in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a detailed gear diagram of a notch portion of the output shaft and a power transmission side tooth surface in the first embodiment of the present invention. It is detail drawing of the lead angle of the notch part of a moving body, and the power transmission side tooth surface in Embodiment 2 of this invention. It is a gear detail drawing of the notch part of an output shaft and the power transmission side tooth surface in Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine starter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the engine starter 1 is helically spline-coupled with a motor 2 that generates torque when electric power is supplied, and an output shaft 5 that transmits torque from the motor 2, and meshes with a ring gear 36 to generate torque of the motor 2.
  • a movable body 3 to be transmitted to the engine side and a stopper 7 for restricting the movable body 3 from projecting in the direction of the ring gear 36 are provided.
  • the motor 2 includes an armature 9 serving as a rotating body, a yoke 11 having a permanent magnet 10 on the inner peripheral side, and a brush 12.
  • the amateur 9 includes a core 9a, an armature coil 9b, a motor shaft 9c, and a commutator 9d.
  • the armature coil 9b When current flows through the armature coil 9b, the current, the magnetic flux generated by the core 9a, and the permanent magnet 10 rotate. Is produced.
  • it is a well-known DC electric motor which keeps the rotating direction by the commutator 9d and the brush 12.
  • the motor shaft 9c is rotatably supported by the bearing 15 press-fitted into the cover 13 fitted to the yoke 11, the output shaft 5, and a gear (not shown) provided on the motor shaft 9C, and a planetary gear. 16.
  • a reduction mechanism is configured by meshing with the internal gear 4 of the internal gear.
  • the electromagnetic switch 35 includes a moving body pushing mechanism and a motor energization circuit.
  • the moving body pushing mechanism magnetizes the moving body operation plunger 32 by energizing the moving body operation solenoid 29 housed in the moving body operation bobbin 30.
  • the magnetized moving body operating plunger 32 is attracted toward the moving body operating core switch 28 while bending the plunger spring 39, so that the hook 34 attached to the moving body operating plunger 32 moves out.
  • the moving body 3 is configured to be pushed out toward the ring gear 36 via the.
  • the motor energizing circuit magnetizes the motor operating plunger 27 by energizing the motor operating solenoid 26 housed in the motor operating bobbin 25.
  • the magnetized plunger 27 for motor operation is pulled toward the motor operation core switch 24 to push the rod 21 to which the movable contact 22 is attached, and is connected to the fixed B contact 18 that is always applied from the battery and the motor side.
  • the fixed M contact 17 and the movable contact 22 are in contact with each other, the current from the battery flows to the motor 2 and the motor 2 rotates.
  • a point spring 23 is inserted between the rod 21 and the movable contact 22 to bias the movable contact 22 in the direction of the fixed B contact 18 and the fixed M contact 17 (hereinafter simply referred to as a fixed contact).
  • the pressing force is secured so that 22 does not come off from the fixed contacts 17 and 18.
  • the rod 21 is pushed back by the return spring 20, and the movable contact 22 is separated from the fixed contacts 17 and 18, so that the rotation of the motor 2 is stopped.
  • the moving body push-out mechanism and the motor energization circuit are housed in the case 31, and the cap switch 19 to which the fixed contact is attached is caulked with the case 31 to protect the contact portion from external dust and the like.
  • the motor 2 and the electromagnetic switch 35 described above are fitted to the front bracket 6 serving as an engine-side fitting / attachment and an engine starting device ground circuit.
  • a bearing 8 press-fitted into the front bracket 6 supports the output shaft 5 in a rotatable manner.
  • the helical spline coupling mechanism portion of the engine starter according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.
  • the rear side of the power transmission side tooth surface 37a that transmits the torque of the helical spline 37 of the output shaft 5 is provided at the helical spline coupling portion that connects the output shaft 5 and the moving body 3.
  • a notch 37b is formed at the end.
  • the lead angle of the power transmission side tooth surface 37a is a surface that meshes with the helical spline 38 of the moving body 3 when the moving body 3 is engaged with the ring gear 36 by the push-out mechanism 33 and the rotational force of the motor 2 is transmitted to the engine.
  • the cutout portion 37b newly set in the first embodiment is such that the motor operating solenoid coil 26 of the electromagnetic switch 35 is energized earlier than the moving body operating solenoid coil 29, and the motor 2 before the moving body 3 pops out. Is a surface where the helical spline 38 of the moving body 3 and a part of the helical spline 37 of the output shaft 5 come into contact with each other. (See Figure 5)
  • the lead angle ⁇ b of the notch portion 37b of the output shaft 5 is set smaller than the lead angle ⁇ a of the power transmission side tooth surface 37a with respect to the axial direction ( ⁇ a> ⁇ b).
  • the solenoid coil 26 for motor operation of the electromagnetic switch 35 is energized earlier than the solenoid coil 29 for moving body operation, even if the moving body 3 jumps out due to the rotational force of the motor 2 and the inertia of the moving body 3, it collides with the ring gear 36.
  • the notch portion 37b of the output shaft is designed so as not to occur. That is, since the notch 37b of the output shaft 5 is set parallel to the axial direction, no force in the axial direction is exerted. Therefore, as shown in FIG. 3 will not pop out.
  • the jumping distance of the moving body 3 at the start of motor rotation can be calculated as follows. It is assumed that the mass of the moving body 3 is m, the inertia is I, the angular velocity of the motor 2 is ⁇ , the angular acceleration is ⁇ , the pitch circle radius of the helical spline is r, and the time is t.
  • FIG. 12A shows a graph showing the relationship of the motor speed over time of the engine starting device 1.
  • the jump distance of the moving body 3 can be obtained by the following relational expression (4).
  • the graph is as shown in FIG.
  • the lead angle ⁇ b of the notch portion 37b of the output shaft 5 can be determined as described above, and the moving body 3 can be prevented from jumping out at the start of motor rotation.
  • the position of the helical spline 37 of the output shaft 5 that wraps with the helical spline 38 of the moving body 3 is the cutout portion 37 b of the output shaft 5.
  • the tooth thickness decreases as the end of the helical spline 37 of the output shaft 5 is approached, and the strength decreases. Therefore, by reducing the wrap length of the notch portion 37b of the output shaft 5 and the helical spline 38 of the moving body 3, the shaft length of the notch portion 37b of the output shaft can be reduced.
  • the axis length to wrap is always the length to wrap in consideration of the tolerance of related dimensions and assembly runout.
  • the torque applied to the notch 37b of the output shaft 5 is very small due to the inertia of the moving body 3 and the rotation of the motor 2, and is engaged with the ring gear 36 to transmit the rotational force of the motor 2 to the engine.
  • a very high torque is applied, since it is formed by the power transmission side tooth surface 37a of the output shaft 5 which is not different from the existing shape, a decrease in the strength of the notch portion 37b of the output shaft 5 is not particularly a big problem. .
  • the output shaft 5 intersects with the involute curve of the power transmission tooth surface 37a of the output shaft 5.
  • the axial length of the cutout portion 37b of the output shaft 5 becomes shorter as it goes from the bottom of the tooth to the tip of the tooth. The position must be set, but by making the notch portion 37b of the output shaft 5 into an involute curve, the shaft length of the notch portion 37b of the output shaft can be made the same size at the tooth bottom and the tooth tip, The axial length of the notch 37b of the output shaft 5 can be set small.
  • the notch 37b of the output shaft 5 is not an involute curve, the notch is set at an angle corresponding to the front pressure angle with respect to the front gear tip center reference of the helical spline 37 of the output shaft 5. A similar effect can be obtained.
  • the lead angle ⁇ b of the cutout portion 38b of the moving body 3 is smaller than the lead angle ⁇ a of the power transmission side tooth surface 38a of the moving body with respect to the motor axial direction ( ⁇ a> ⁇ b) Set.
  • a part (rear end portion) of the helical spline 37 of the output shaft 5 and the cutout portion 38b of the moving body 3 are designed to wrap, so that Similar effects can be obtained.
  • the torque transmission side surface of the helical spline 37 of the output shaft 5 is an involute curve
  • the torque transmission side surface formed by the notch 38b of the moving body 3 is an involute curve. Since the surface contact with the helical spline 37 of the output shaft 5 is possible, the surface pressure when torque is applied can be reduced, and the axial length of the surface of the cutout portion 38b of the moving body 3 is the same at the tooth bottom and the tooth tip. Since the dimensions can be set, the axial length of the cutout portion 38b of the movable body 3 can be set small.
  • the cutout portion 38b of the moving body 3 is not an involute curve, the cutout portion is set at an angle corresponding to the front pressure angle with respect to the front gear tooth bottom center reference of the helical spline 38 of the movable body 3. A similar effect can be obtained.
  • notches may be set in both the output shaft 5 and the helical splines 37 and 38 of the moving body 3.
  • Embodiment 3 In the description of the first embodiment, it has been stated that as the axial length of the notch portion increases, the helical spline tooth thickness decreases and the strength decreases. However, in specifications where the notch portion is large, the tip is sharp, May occur. Therefore, in the third embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the notch 38b of the moving body 3 is not transmitted to the tip of the helical spline 38 but to the rear end of the helical spline 37 of the output shaft. The axial dimension required for meshing with the side tooth surface is stopped, and the end portion has a shape in which a tooth surface 38c parallel to the power transmission side tooth surface 38a is connected to the notch 38b.
  • the tip is sharp like 38d.
  • the solution is the third embodiment, and as shown in FIG. 11 (b), the position of the notch 38b of the moving body is axially aligned with the rear end of the helical spline 37 of the output shaft even if the tolerance is taken into account. It will be the position to wrap. From this position, the engine side sets the lead angle of the tooth surface 38c parallel to the power transmission side tooth surface 38a. By doing so, a shape in which the tip of the notch 38b is pointed is avoided.
  • the shape of the power transmission side tooth surface of the moving body may be set to the output shaft.
  • the present invention is suitable as an engine starter for starting the engine by transmitting the rotational force of the motor from a moving body such as a pinion to the ring gear of the engine.

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Abstract

出力軸（５）と移動体（３）を結ぶヘリカルスプライン結合部において、出力軸、移動体の少なくともいずれか一方の動力伝達側歯面（３７ａ、３８ａ）に、切り欠き部（３７ｂ、３８ｂ）を形成し、切り欠き部の軸方向に対する角度は、ヘリカルスプライン部のリード角よりも小さくしたエンジン始動装置。

Description

エンジン始動装置
　この発明は、モータの回転力を、移動体からエンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動させるエンジン始動装置に関するものである。
　従来より、モータの通電回路のオンオフ機能と、移動体を飛び出させる機能を独立して動作させることができる電磁スイッチ有したエンジン始動装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
　また、特許文献１に記載の電磁スイッチを使用して、移動体の回転速度をリングギヤの回転速度に同期させた後に移動体を飛び出させ、リングギヤと噛合わせるものがある。
（例えば、特許文献２参照）
特開２００９－１９１８４３号公報 特開２０１０－２３６５３３号公報
　特許文献２の始動装置にあっては、移動体の回転速度をリングギヤの回転速度に同期させる際に、移動体を飛び出させる前にモータを回転させるが、その際、移動体の回転速度がリングギヤの回転速度に同期する前に、移動体と出力軸のヘリカルスプラインにより移動体が飛び出してしまう恐れがある。
また、モータの通電回路のオンオフ機能と、移動体を飛び出させる機能を独立して動作させることができる電磁スイッチを備えた始動装置においては、アイドルストップ直後のエンジン惰性回転中に再始動要求が発生したときに、高回転中での噛合いを可能とするために、移動体押し出し動作よりもモータ通電回路を先に動作させる場合がある。その時、モータの回転力が出力軸からヘリカルスプライン結合を通じて移動体へ伝わると、ヘリカルスプラインのギヤの傾きであるリード角と、移動体の慣性により回転の力が軸方向にも掛かるため、移動体が飛び出してリングギヤに接触する恐れがある。
　図３はこのような、モータの通電回路のオンオフと、移動体を飛び出させる機能を独立して動作させることができる電磁スイッチを有する従来のエンジン始動装置の問題点を説明するもので、図３（ａ）はモータの静止時、図３（ｂ）はモータの回転時を示す。
移動体が飛び出す前にモータが動作する場合、モータからの回転エネルギーにより出力軸が回転する。出力軸の回転エネルギーは、出力軸と移動体のヘリカルスプライン３７、３８の結合により移動体へ伝えられ、ヘリカルスプライン結合の傾きと移動体の慣性により、出力軸が矢印Ｘ方向に回転すると、移動体は軸方向（矢印Ｙ方向）へ飛び出してしまう。なお、図３において、時計回りに図３を９０°回転させた時、後述の図１、図２と同じ向きとなるものであり、図３（ｂ）において、上方向（矢印Ｙ方向）がリングギヤ方向になる。また、本来円径で設定されているヘリカルスプライン結合部を平面図で表し、それぞれのギヤの噛合いを示している。
　このような移動体の飛び出しを抑えるために、移動体動作用プランジャを付勢するプランジャスプリングの荷重を大きくすることで、押し出し機構を介して移動体をリングギヤと逆方向に押し付け、飛出しを抑えることが出来るが、その場合は移動体動作用プランジャの吸引力を大きくする必要があり、電磁スイッチが大型化してしまう問題があった。
　この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、電磁スイッチを大型化することなく、移動体押し出し機能よりモータ通電回路を先に動作させても、モータの回転力と、出力軸と移動体のヘリカルスプライン結合部のリード角とによる移動体の軸方向への飛び出しを防止することができるエンジン始動装置を提供することを目的とする。
　この発明に係わるエンジン始動装置は、電力を供給するとトルクを発生するモータと、このモータのトルクを伝えるヘリカルスプラインが形成された出力軸と、この出力軸と係合するヘリカルスプラインを有し前記モータのトルクをエンジン側に伝える移動体と、モータ動作用ソレノイドコイルに通電することでモータ動作用プランジャを磁化し、該モータ動作用プランジャの移動により前記モータへの電力供給のオンオフを切り替える機能と、移動体動作用ソレノイドコイルに通電することで移動体動作用プランジャを磁化し、該移動体動作用プランジャの移動により押し出し機構を介して移動体をリングギヤ側へ押し出す機能とをそれぞれ独立して動作させる機構を具備した電磁スイッチとを備えたエンジン始動装置であって、前記出力軸、前記移動体の少なくともいずれか一方のヘリカルスプラインの動力伝達側歯面に、切り欠き部を形成し、エンジン始動装置が静止時において、前記切り欠き部が前記移動体（または前記出力軸）のヘリカルスプラインの一部と噛合うように、前記出力軸と前記移動体のヘリカルスプラインを配置したものである。
　また、前記切り欠き部のモータ軸方向に対する角度を、前記ヘリカルスプライン部のリード角よりも小さくしたものである。
　この発明のエンジン始動装置によれば、移動体押し出し機能よりモータ通電回路を先に動作させても移動体が飛び出すことはなく、移動体とリングギヤの耐力が向上すると同時に、衝突による騒音がなくなるので静粛性の効果が期待できる。また、構造上の変更点は既存形状に対して小変更で済み、エンジン始動装置の外観は変わらないためレイアウト性にも優れたエンジン始動装置を得ることができるものである。
　　上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
本発明の実施の形態１～実施の形態３におけるエンジン始動装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１～実施の形態３におけるヘリカルスプライン連結機構部の概略図である。 本発明の背景となる従来装置におけるモータ回転開始時の移動体の飛出しの問題を説明する詳細図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２における出力軸と移動体のヘリカルスプラインの配置図である。 本発明の実施の形態1における、出力軸の切り欠き部と移動体の動力伝達側歯面の噛合い断面図である。 本発明の実施の形態1における、出力軸の切り欠き部、動力伝達側歯面のリード角の詳細図である。 本発明の実施の形態1における、出力軸の切り欠き部、動力伝達側歯面のギヤ詳細図である。 本発明の実施の形態２における、移動体の切り欠き部、動力伝達側歯面のリード角の詳細図である。 本発明の実施の形態２における、出力軸の切り欠き部、動力伝達側歯面のギヤ詳細図である。 本発明の実施の形態３における、移動体の切り欠き部、動力伝達側歯面、動力伝達側歯面と平行な歯面のリード角の詳細図である。 本発明の実施の形態３における出力軸と移動体のヘリカルスプラインの配置図である。 本発明における移動体の飛出し距離の試算説明グラフである。
　以下この発明の実施の形態について、図１～図１２を参照して説明する。尚、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の概略構成図である。
図1において、エンジン始動装置１は、電力を供給するとトルクを発生するモータ２と、モータ２からのトルクを伝える出力軸５とヘリカルスプライン結合し、リングギヤ３６と噛合うことでモータ２のトルクをエンジン側に伝える移動体３と、移動体３のリングギヤ３６の方向への飛び出しを規制するストッパ７を備えている。
　モータ２は、回転体となるアマチュア９と、永久磁石１０を内周側に有するヨーク１１と、ブラシ１２から構成されている。アマチュア９はコア９ａと電機子コイル９ｂ、モータ軸９ｃ、整流子９ｄから構成されており、電機子コイル９ｂに電流が流れることでその電流とコア９ａによる磁束、そして永久磁石１０とにより回転力が生み出される。そして整流子９ｄとブラシ１２により回転方向を保つ周知の直流電動モータである。
モータ軸９ｃはヨーク１１に嵌合されたカバー１３に圧入されたベアリング１５と、出力軸５に回転自在に支持されており、モータ軸９Ｃに備わっているギヤ（図示せず）と、遊星ギヤ１６、内歯歯車のインターナルギヤ４との噛合いにより減速機構を構成している。
　電磁スイッチ３５は移動体押し出し機構とモータ通電回路で構成されている。
移動体押し出し機構は、移動体動作用ボビン３０に納められた移動体動作用ソレノイド２９に通電することで移動体動作用プランジャ３２を磁化する。磁化された移動体動作用プランジャ３２が、プランジャスプリング３９を撓ませながら移動体動作用コアスイッチ２８方向に引き寄せられることで、移動体動作用プランジャ３２に取り付けられたフック３４が、飛出し機構３３を介して移動体３をリングギヤ３６側へ押し出すよう構成されている。
　モータ通電回路は、モータ動作用ボビン２５に納められたモータ動作用ソレノイド２６に通電することでモータ動作用プランジャ２７を磁化する。磁化されたモータ動作用プランジャ２７がモータ動作用コアスイッチ２４方向に引き寄せられることで可動接点２２が取り付けられたロッド２１を押し、バッテリーより常時印加されている固定B接点１８とモータ側へ接続されている固定Ｍ接点１７と可動接点２２とが接触することで、バッテリーからの電流がモータ２に流れ、モータ２は回転する。ロッド２１と可動接点２２の間には、固定Ｂ接点１８と固定Ｍ接点１７（以下、単に固定接点と称す）の方向に可動接点２２を付勢するポイントばね２３が挿入されており、可動接点２２が固定接点１７、１８から外れないように押圧力を確保している。モータ通電用ソレノイド２６の電流をカットすると、リターンばね２０によりロッド２１が押し戻され、可動接点２２が固定接点１７、１８から引き離されるためモータ２の回転が止まるよう構成されている。
　この移動体押し出し機構とモータ通電回路をケース３１内に納め、固定接点が取り付けられたキャップスイッチ１９をケース３１でカシメることで外部の粉塵等から接点部を守る。エンジン側の嵌合・取り付けと、エンジン始動装置のアース回路となるフロントブラケット６に、上述したモータ２と電磁スイッチ３５が嵌合されている。またフロントブラケット６に圧入されているベアリング８は出力軸５を回転自在に支持している。
　次に、実施の形態１におけるエンジン始動装置のヘリカルスプライン連結機構部について、図２～図７を参照して説明する。
図２、図４（ａ）に示されるように、出力軸５と移動体３を結ぶヘリカルスプライン結合部において、出力軸５のヘリカルスプライン３７のトルクを伝える側の動力伝達側歯面３７ａの後端に、切り欠き部３７ｂが形成されている。
動力伝達側歯面３７ａのリード角は、移動体３を押し出し機構３３によりリングギヤ３６に噛合わせ、エンジンにモータ２の回転力を伝える時に、移動体３のヘリカルスプライン３８と噛合う面であるが、実施の形態１において新たに設定する切り欠き部３７ｂは、電磁スイッチ３５のモータ動作用ソレノイドコイル２６が、移動体動作用ソレノイドコイル２９よりも早く通電され、移動体３が飛び出す前にモータ２が動作した時に、移動体３のヘリカルスプライン３８と、出力軸５のヘリカルスプライン３７の一部が接触する面である。（図５参照）
　図６に示すように、出力軸５の切り欠き部３７ｂのリード角θbは、動力伝達側歯面３７ａのリード角θaよりも軸方向に対して角度が小さく（　θa　＞　θb　）設定されており、電磁スイッチ３５のモータ動作用ソレノイドコイル２６が移動体動作用ソレノイドコイル２９よりも早く通電された場合、モータ２の回転力と移動体３の慣性により移動体３が飛び出してもリングギヤ３６に衝突しないよう、出力軸の切り欠き部３７ｂを設計する。
つまり、出力軸５の切り欠き部３７ｂを軸方向に対して平行に設定することで、軸方向への力は働かないので、前述した図３のように、モータ２の回転力だけで移動体３が飛び出すことがなくなるものである。
　モータ回転開始時の移動体３の飛出し距離は以下にて試算できる。
移動体３の質量をｍ、慣性をI、モータ２の角速度をω、角加速度をβ、ヘリカルスプラインのピッチ円半径をｒ、時間をｔとする。
図１２（ａ）にエンジン始動装置1の時間経過によるモータ回転数の関係を表したグラフを示す。角加速度βは図１２（ａ）のグラフより以下の関係式（１）から求めることが出来る。
β　＝　（　ω2　－　ω1　）／（　t2　－　t1　）・・・・・（１）
　移動体３の軸方向の飛出し力をF1、飛出し力F1に対する摩擦力をFμ、切り欠き部３７ｂのリード角をθbとしたとき、飛出し力F1は以下の関係式（２）となる。
　F1　＝　I　・　β　／　ｒ　・　tan（　90°　－　θb）　－　Fμ・・・・・（２）
　また、押し出し機構３３を介したプランジャスプリング３９による移動体３の飛出しを抑える力をF2、時間t1からt2までに移動体３が軸方向へ飛び出す距離をΔとした時、距離Δは、以下の関係式（３）となる。
　Δ　＝　（　F1　－　F2）　／　ｍ　・　t2　・・・・・（３）
　モータ回転開始t0からtnまでの総和で飛出し距離を求めることが出来るので、以下の関係式（４）により、移動体３の飛出し距離を求めることができ、移動体３の飛出し距離は図１２（ｂ）のようなグラフとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記により出力軸５の切り欠き部３７ｂのリード角θbを決め、モータ回転開始時に移動体３が飛出さないようにすることが出来る。
　既存の多くのエンジン始動装置においては、静止時に移動体３のヘリカルスプライン３８の軸長すべてが出力軸５のヘリカルスプライン３７にラップする(噛合っている)ように設計されている。このような既存の出力軸５と移動体３のヘリカルスプラインに対し、この発明の実施の形態１においては、図４に示すように、エンジン始動装置1が静止時において、移動体３のヘリカルスプライン３８の一部が、出力軸５のヘリカルスプライン３７とラップするように設計する。
　また、移動体３のヘリカルスプライン３８とラップする出力軸５のヘリカルスプライン３７の位置は、出力軸５の切り欠き部３７ｂである。これは出力軸５の切り欠き部３７ｂの軸長を長くするほど、出力軸５のヘリカルスプライン３７の端部へ近づくにつれて歯厚が小さくなるため、強度が低下する。そこで出力軸５の切り欠き部３７ｂと移動体３のヘリカルスプライン３８のラップ長を小さくすることで、出力軸の切り欠き部３７ｂの軸長を小さくすることが出来る。またラップする軸長は、関係寸法の公差、組立の振れを考慮して必ずラップする長さとする。ちなみに出力軸５の切り欠き部３７ｂに掛かるトルクは、移動体３の慣性とモータ２の回転による非常に小さいものであり、リングギヤ３６に噛合わせてモータ２の回転力をエンジンに伝達する際の非常に高いトルクが掛かる時は、既存の形状と変わっていない出力軸５の動力伝達側歯面３７ａで成されるため、出力軸５の切り欠き部３７ｂの強度の低下は特に大きな問題ではない。
　図７に示すように、移動体３のヘリカルスプライン３８のトルク伝達側の面がインボリュート曲線の場合、出力軸５の切り欠き部３７ｂが成すトルク伝達側の面をインボリュート曲線にすることで、移動体３のヘリカルスプライン３８と面接触できるため、トルクが掛かったときの面圧を小さくすることが出来る。
　また、出力軸５の切り欠き部３７ｂがヘリカルスプラインの正面ギヤ歯先センター基準に対して平行な面としたとき、出力軸５の動力伝達歯面３７ａのインボリュート曲線と交差するため、出力軸５の切り欠き部３７ｂの軸長は歯底から歯先にいくほど短くなり、短くなった歯先側に合わせて出力軸５の切り欠き部３７ｂの軸長と移動体３のヘリカルスプライン３８のラップ位置を設定しなければならないが、出力軸５の切り欠き部３７ｂをインボリュート曲線にすることで、出力軸の切り欠き部３７ｂの軸長は歯底と歯先で同じ寸法にすることが出来、出力軸５の切り欠き部３７ｂの軸長を小さく設定することが出来る。また、出力軸５の切り欠き部３７ｂがインボリュート曲線でなくても、出力軸５のヘリカルスプライン３７の正面ギヤ歯先センター基準に対して、正面圧力角分の角度で切り欠き部を設定することで同様の効果が得られる。
実施の形態２．
　実施の形態１では出力軸５に切り欠き部３７ｂを設定していたが、実施の形態２では、図４（ｂ）に示すように、移動体３のヘリカルスプライン３８に切り欠き部３８ｂを設定し、図８に示すように、移動体３の切り欠き部３８ｂのリード角θbは、移動体の動力伝達側歯面３８ａのリード角θaよりもモータ軸方向に対して角度を小さく（θa　＞　θb　）設定する。
またエンジン始動装置1が静止時において、出力軸５のヘリカルスプライン３７の一部（後端部）と移動体３の切り欠き部３８ｂが、ラップするように設計することで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　また、図９に示すように、出力軸５のヘリカルスプライン３７のトルク伝達側の面がインボリュート曲線の場合、移動体３の切り欠き部３８ｂが成すトルク伝達側の面をインボリュート曲線にすることで、出力軸５のヘリカルスプライン３７と面接触できるため、トルクがかかったときの面圧を小さくすることができ、移動体３の切り欠き部３８ｂの面の軸長は歯底と歯先で同じ寸法にすることが出来るので、移動体３の切り欠き部３８ｂの軸長を小さく設定することが出来る。
　なお、移動体３の切り欠き部３８ｂがインボリュート曲線でなくても、移動体３のヘリカルスプライン３８の正面ギヤ歯底センター基準に対して、正面圧力角分の角度で切り欠き部を設定することで同様の効果が得られる。
　また、図４（ｃ）に示すように、出力軸５、移動体３のヘリカルスプライン３７、３８両方に切り欠き部を設定しても良い。
実施の形態３．
　実施の形態１の説明において、切り欠き部の軸長を長くするほどヘリカルスプラインの歯厚が小さくなり強度が低下すると述べたが、切り欠き部が大きく必要な仕様では先端が尖ってしまい、欠けが発生する可能性がある。そこでこの実施の形態３では、図１０、図１１に示すように、移動体３の切り欠き部３８ｂを、ヘリカルスプライン３８の先端部までではなく、出力軸のヘリカルスプライン３７の後端の動力伝達側歯面との噛合いに必要な軸方向寸法に止め、端部は動力伝達側歯面３８ａと平行な歯面３８ｃを切り欠き部３８ｂと結んだ形状としたものである。
　即ち、図１1（ａ）に示すように、移動体の切り欠き部３８ｂが長くなると３８ｄのように先端が尖ってしまう。その解決策が実施の形態３であり、図１１（ｂ）に示すように、移動体の切り欠き部３８ｂの位置を、公差を加味しても出力軸のヘリカルスプライン３７の後端と軸方向にラップする位置とする。そして、この位置よりエンジン側は動力伝達側歯面３８ａと平行な歯面３８ｃのリード角を設定する。こうすることで、切り欠き部３８ｂの先端が尖った形状を避けるようにしたものである。
　なお、移動体の動力伝達側歯面の形状は、出力軸に設定しても良い。
この発明は、モータの回転力を例えばピニオンのような移動体から、エンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動させるエンジン始動装置として好適なものである。
１　エンジン始動装置、２　モータ、３　移動体、５　出力軸、　　
７　ストッパ、２４　モータ動作用コアスイッチ、
２６　モータ動作用ソレノイドコイル、２７　モータ動作用プランジャ、
２８　移動体飛び出し用コアスイッチ、
２９　移動体動作用ソレノイドコイル、
３２　移動体動作用プランジャ、３３　押し出し機構、３４　フック、
３５　電磁スイッチ、３６　リングギヤ、
３７　出力軸のヘリカルスプライン、
３７ａ　出力軸の動力伝達側歯面、３７ｂ　出力軸の切り欠き部、
３８　移動体のヘリカルスプライン、
３８ａ　移動体の動力伝達側歯面、
３８ｂ　移動体の切り欠き部、
３８ｃ　移動体の動力伝達側歯面と平行な歯面、
３９　プランジャスプリング

Claims (5)

  1. 　電力を供給するとトルクを発生するモータと、このモータのトルクを伝えるヘリカルスプラインが形成された出力軸と、この出力軸と係合するヘリカルスプラインを有し前記モータのトルクをエンジン側に伝える移動体と、モータ動作用ソレノイドコイルに通電することでモータ動作用プランジャを磁化し、該モータ動作用プランジャの移動により前記モータへの電力供給のオンオフを切り替える機能と、移動体動作用ソレノイドコイルに通電することで移動体動作用プランジャを磁化し、該移動体動作用プランジャの移動により押し出し機構を介して移動体をリングギヤ側へ押し出す機能とをそれぞれ独立して動作させる機構を具備した電磁スイッチとを備えたエンジン始動装置であって、前記出力軸、前記移動体の少なくともいずれか一方のヘリカルスプラインの動力伝達側歯面に、切り欠き部を形成し、エンジン始動装置が静止時において、前記切り欠き部が前記移動体（または前記出力軸）のヘリカルスプラインの一部と噛合うように、前記出力軸と前記移動体のヘリカルスプラインを配置したことを特徴とするエンジン始動装置。
  2. 　前記切り欠き部のモータ軸方向に対する角度は、前記ヘリカルスプライン部のリード角よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
  3. 　前記切り欠き部は、モータ軸方向に対して、出力軸のヘリカルスプライン後端、または移動体のヘリカルスプライン先端にラップしていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動装置。
  4. 　前記切り欠き部の面は、動力伝達部歯面と平行またはインボリュート曲面であることを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動装置。
  5. 　前記切り欠き部の面の角度は、ヘリカルスプラインの正面ギヤセンターに対して、ヘリカルスプラインの正面圧力角以上であることを特徴とする請求項４に記載のエンジン始動装置。
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