(57)【要約】【課題】  一方向クラッチの状態変化に伴うスラスト力の変化によって生じる弊害を抑制できる内燃機関の始動装置を提供する。【解決手段】  本発明の始動装置は、スタータモータ２の回転軸３に設けられたピニオン４と、クランク軸に設けられたクランクギア６と、ピニオン４側に設けられたドリブンギア８、クランクギア６側に設けられた中間ギア９、これらのギアの間に介在する一方向クラッチ１０、を軸線ＣＬ１方向に一体移動可能に組合わせたギアアッセンブリ７と、を備えている。ドリブンギア８と中間ギア９の歯のねじれ方向は、これらに互いに逆向きのスラスト力が発生するように設定されている。中間ギア９に生じるスラスト力の方向と反対方向に、ギアアッセンブリ７の移動を規制する側壁２０ａと、ギアアッセンブリ７と側壁２０ａとの衝突を緩和する金属バネ２１とが設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータモータの回転軸に設けられたピニオンと、内燃機関のクランク軸に設けられたクランクギアと、前記ピニオンの回転を前記クランクギアに伝達する回転伝達機構と、を具備し、
前記回転伝達機構は、前記ピニオン側に設けられた第１のヘリカルギアと、前記クランクギア側に設けられた第２のヘリカルギアと、これらのギアの間に介在して、前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達を許容するとともに前記クランクギアから前記ピニオンへの回転伝達を阻止する一方向クラッチと、を軸線方向に一体移動可能に組合わせたギアアッセンブリを含み、
前記ギアアッセンブリの前記第１のヘリカルギア及び前記第２のヘリカルギアのそれぞれの歯のねじれ方向は、前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達に伴って互いに逆向きのスラスト力が発生するように設定されており、
前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達に伴って前記第２のヘリカルギアに生じるスラスト力の方向と反対方向に、前記ギアアッセンブリの移動を規制する移動規制部材と、前記ギアアッセンブリと前記移動規制部材との衝突を緩和する緩衝部材とがそれぞれ設けられ、
前記緩衝部材は、前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達に伴って前記第２のヘリカルギアに生じるスラスト力の方向と反対方向のみに設けられていることを特徴とする内燃機関の始動装置。
【請求項２】
前記緩衝部材として、前記ギアアッセンブリと前記移動規制部材との間に金属バネが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
前記ギアアッセンブリと前記金属バネとの間に介在するクリアランスリングを更に具備することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の始動装置として、スタータモータの回転をヘリカルギアで構成されたピニオンとリングギアとを介してクランク軸に伝達し、リングギアとクランク軸との間にピニオン側からクランク軸側への回転伝達を許容する一方で反対方向の回転伝達を阻止する一方向クラッチを介在させたものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び特許文献３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７４３３７号公報
【特許文献２】特開平９−４１９８３号公報
【特許文献３】特開平８−２８４６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の始動装置では、ピニオン及びリングギアがそれぞれヘリカルギアであるので各ギアにスラスト力が発生する。そして、ピニオンの回転がクランク軸に伝達している状態から一方向クラッチにて遮断された状態に変化すると、各ギアに発生するスラスト力が変化する。このようなスラスト力の変化によって、例えばリングギアが軸線方向に移動して周辺部品と衝突し打音を生じる等の弊害が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、一方向クラッチの状態変化に伴うスラスト力の変化によって生じる弊害を抑制できる内燃機関の始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の始動装置は、スタータモータの回転軸に設けられたピニオンと、内燃機関のクランク軸に設けられたクランクギアと、前記ピニオンの回転を前記クランクギアに伝達する回転伝達機構と、を具備し、前記回転伝達機構は、前記ピニオン側に設けられた第１のヘリカルギアと、前記クランクギア側に設けられた第２のヘリカルギアと、これらのヘリカルギアの間に介在して、前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達を許容するとともに前記クランクギアから前記ピニオンへの回転伝達を阻止する一方向クラッチと、を軸線方向に一体移動可能に組合わせたギアアッセンブリを含み、前記ギアアッセンブリの前記第１のヘリカルギア及び前記第２のヘリカルギアのそれぞれの歯のねじれ方向は、前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達に伴って互いに逆向きのスラスト力が発生するように設定されており、前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達に伴って前記第２のヘリカルギアに生じるスラスト力の方向と反対方向に、前記ギアアッセンブリの移動を規制する移動規制部材と、前記移動規制部材と前記ギアアッセンブリとの衝突を緩和する緩衝部材と、がそれぞれ設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
ピニオンからクランクギアへ回転伝達されている場合には、第１のヘリカルギアと第２のヘリカルギアとには互いに逆向きのスラスト力が発生し、これらのスラスト力が互いにキャンセルし合うから、ギアアッセンブリに作用するスラスト力が一方向に偏らない。一方、例えば内燃機関の始動クランキング中に、ある気筒が圧縮行程から膨張行程に転じたときのように、ピニオンからクランクギアへの回転伝達が一方向クラッチにより遮断されると同時に第２のヘリカルギアにクランクギアの回転力が入力されて第２のヘリカルギアが空転する場合には、第２のヘリカルギアに作用するスラスト力の方向が反転し、ギアアッセンブリに作用するスラスト力がその反転した方向に偏るから、ギアアッセンブリはその方向に移動する。この発明によれば、その移動方向、即ち、ピニオンからクランクギアへの回転伝達に伴って第２のヘリカルギアに生じるスラスト力の方向と反対方向に、移動規制部材と緩衝部材とがそれぞれ設けられているため、ギアアッセンブリと移動規制部材との衝突が緩和され、その衝突による打音や破損を抑制できる。更に、緩衝部材が前記ピニオンから前記クランクギアへの回転伝達に伴って前記第２のヘリカルギアに生じるスラスト力の方向と反対方向のみに設けられているので、ギアアッセンブリの両側に干渉部材を設ける形態と比較して、製作コストを低減でき、組み立てが容易になる。ギアアッセンブリの両側に緩衝部材を設ける形態では、ギアアッセンブリの移動方向の反対側に設けられた緩衝部材が遊んでしまうが、この発明によればそのようなおそれはない。
【０００８】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記緩衝部材として、前記ギアアッセンブリと前記移動規制部材との間に金属バネが設けられていてもよい（請求項２）。この場合には、一方向クラッチに供給する潤滑油等による緩衝部材の劣化の影響を抑えることができる。
【０００９】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記ギアアッセンブリと前記金属バネとの間に介在するクリアランスリングを更に具備してもよい（請求項３）。この形態によれば、金属バネがギアアッセンブリにつられて回転することを防止できる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、ピニオンからクランクギアへの回転伝達に伴って第２のヘリカルギアに生じるスラスト力の方向と反対方向に、移動規制部材と緩衝部材とがそれぞれ設けられているため、ギアアッセンブリと移動規制部材との衝突が緩和され、その衝突による打音や破損を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の始動装置を多気筒のレシプロ式の内燃機関に適用した実施形態を示した図である。この図に示したように、始動装置１Ａは、スタータモータ２と、スタータモータ２の回転軸３に取り付けられたピニオン４と、ピニオン４の回転を内燃機関のクランクシャフト（不図示）に設けらたクランクギア６に伝達する回転伝達機構５と、を備えている。スタータモータ２の回転軸３は軸受１３，１４により回転可能に支持されている。ピニオン４及びクランクギア６はそれぞれヘリカルギアである。回転伝達機構５は、第１のヘリカルギアとしてのドリブンギア８と第２のヘリカルギアとしての中間ギア９とが一方向クラッチ１０を介して組み合わされたギアアッセンブリ７を含んでいる。
【００１２】
ドリブンギア８はピニオン４と噛み合うヘリカルギアであり、その歯部８ａは金属材料で構成されている。ドリブンギア８は軸線ＣＬ１の一方（図１の右方向）に延びる円筒部８ｂを有し、玉軸受１５，１６にてギア軸１１に回転可能かつ摺動可能に支持されている。円筒部８ｂとギア軸１１との間には、玉軸受１５，１６のそれぞれの内輪に当接するカラー１２が介在している。中間ギア９はクランクギア６と噛み合うヘリカルギアであり、樹脂製の歯部９ａと金属製のインサート９ｂとを有している。歯部９ａはインサート９ｂの外周面に形成された突部９ｃを包み込むようにして成形されてインサート９ｂに取り付けられている。ドリブンギア８と中間ギア９とは、ドリブンギア８の円筒部８ｂの外周面に玉軸受１７，１８にて挟み込まれるようにして配置された一方向クラッチ１０を介在させて組み合わされている。これにより、ドリブンギア８、中間ギア９、及び一方向クラッチ１０が一体となって軸線ＣＬ方向を移動できる。一方向クラッチ１０はドリブンギア８から中間ギア９への回転伝達を許容する一方で反対方向の回転伝達を阻止するように機能する。即ち、ピニオン４からクランクギア６への回転伝達が許容され、クランクギア６からピニオン４への回転伝達が阻止される。この一方向クラッチ１０により、内燃機関の始動後にスタータモータ２が停止した場合にも中間ギア９とクランクギア６とが常時噛み合うことができる。この場合、中間ギア９はクランクギア６にて駆動される。
【００１３】
ドリブンギア８及び中間ギア９のそれぞれの歯のねじれ方向は、ピニオン４からクランクギア６へ回転伝達がされている場合、つまり一方向クラッチ１０が締結状態にある場合に互いに逆向きのスラスト力が発生するように設定されている。これらのねじれ方向は、ピニオン４の回転方向を考慮して適宜に定めればよい。本実施形態では、ピニオン４からクランクギア６へ回転伝達がされている場合に、ドリブンギア８には図１の右側へのスラスト力Ｆ１が、中間ギア９には図１の左側へのスラスト力Ｆ２がそれぞれ発生するようにねじれ方向を設定した。なお、ピニオン４及びクランクギア６のそれぞれの歯のねじれ方向は、ドリブンギア８と中間ギア９の歯のねじれ方向を設定することにより一義的に決まる。
【００１４】
ギアアッセンブリ７はギア軸１１の両端を支持するギアハウジング２０にて保持され、ギアハウジング２０の一対の側壁２０ａ，２０ａにて軸線ＣＬ方向の移動範囲が規制されている。図２にも示したように、ギアアッセンブリ７と移動規制部材としての右側の側壁２０ａとの間には、緩衝部材としての金属バネ２１が設けられている。金属バネ２１は、ギア軸１１に通された皿バネである。金属バネ２１は、ドリブンギア８を支持する玉軸受１６の内輪に当接するクリアランスリング２３と、右側の側壁２０ａに沿うようにして配置されたスプリングシート２４とに挟まれて設けられている。金属バネ２１とギアアッセンブリ７との間にクリアランスリング２３が介在しているので、ギアアッセンブリ７の回転につられて金属バネ２１が回転することを防止できる。なお、スプリングシート２４は必要に応じて設ければよく、これを取り外して金属バネ２１と右側の側壁２０ａとが接するようにしてもよい。また、金属バネ２１を所定量たわませた状態で取り付けてもよい。この場合は、金属バネ２１の弾性力によってギアアッセンブリ７が左側の側壁２０ａに押し付けられることになる（図１も参照）。
【００１５】
金属バネ２１が設けられた側のギアアッセンブリ７の移動範囲の大きさ（スラストクリアランスＣ）は、ギアアッセンブリ７に設けられたクリアランスプレート２５の軸線ＣＬ１方向の大きさを適宜に定めることにより調整できる。スラストクリアランスＣと金属バネ２１のバネ定数のそれぞれの大きさは、内燃機関の始動時及び運転時においてギアアッセンブリ７に加わるスラスト力と、ギアアッセンブリ７の質量を考慮して適宜に定めればよい。例えば、（１）始動クランキング時にギアアッセンブリ７と側壁２０ａと衝突する時の速度が許容値の範囲内にあること、（２）内燃機関の全運転条件においてギアアッセンブリ７と側壁２０ａとの衝突時の速度が許容値の範囲内にあること、を満足するようにスラストクリアランスＣと金属バネ２１のバネ定数をそれぞれ定めてもよい。なお、このバネ定数は線形でも非線形でもよい。
【００１６】
これらの大きさを具体的に決定するためには、例えば始動装置１Ａを図３に示したようにモデル化し、運動方程式を立式することにより計算できる。なお、図３のリア側は図１２の右側に、図３のフロント側が図１の左側にそれぞれ対応している。
【００１７】
＜１＞まず、内燃機関の始動クランキング時に、ギアアッセンブリ７がリア方向のスラスト力を受けて運動する場合には、その運動方程式は式（１）となる。なお、式（１）ではリア方向を＋の方向としている。
【００１８】
【数１】
2006063809.tif 000003
【００１９】
ここで、ｍ：ギアアッセンブリ７の質量、ｋ：金属バネ２１のバネ定数、ｘ：金属バネ２１の初期たわみ位置を０とし、その位置からの金属バネ２１の縮み代、ＦＲｒ：ギアアッセンブリ７に負荷されるリア側へのスラスト力（なお、これに摩擦力や潤滑油による抵抗等を加味してもよい）、Ｆ０：バネの初期たわみによるスラスト力、である。なお、ここでいう「初期たわみ」は、ギアアッセンブリ７がフロント側の側壁２０ａに押さえつけられている場合の金属バネ２１のたわみである。
【００２０】
式（１）において、初期条件：ｔ＝０のとき、ｘ（ｔ）＝０，ｄｘ（ｔ）／ｄｔ＝ｖ（ｔ）＝０、とした解は、次の式（２）及び（３）の通りである。
【００２１】
【数２】
2006063809.tif 000004
【００２２】
【数３】
2006063809.tif 000005
【００２３】
式（２）及び（３）における、ｘ（ｔ）、ｖ（ｔ）、及びｋの関係より、スラストクリアランスＣと金属バネ２１のバネ定数をパラメータとして、ギアアッセンブリ７がリア側の側壁２０ａに衝突する時の衝突速度を求めることができる。
【００２４】
＜２＞次に、始動クランキング時において、ギアアッセンブリ７がリア方向のスラスト力を受けてリア側の側壁２０ａに衝突した後にフロント側へ運動する場合には、その運動方程式は式（４）となる。この式（４）は式（１）の（ＦＲｒ−Ｆ０）を（−ＦＦｒ−Ｆ０）に置き換えたものである。ここで、ＦＦｒはギアアッセンブリ７に負荷されるフロント方向へのスラスト力である。その他は式（１）と同様である。
【００２５】
【数４】
2006063809.tif 000006
【００２６】
この式（４）を、初期条件：ｔ＝０のとき、ｘ（ｔ）＝スラストクリアランス量Ｃ，ｄｘ（ｔ）／ｄｔ＝ｖ（ｔ）＝０、として解き、上述と同様にｘ（ｔ）、ｖ（ｔ）、及びｋの関係を求める。これにより、金属バネ２１がスラストクリアランス量Ｃだけ伸びて、ギアアッセンブリ７がフロント側の側壁２０ａに衝突する時の速度を求めることができる。
【００２７】
＜３＞次に、内燃機関の全運転域においてリア方向及びフロント方向のそれぞれのスラスト力の最大値（最大スラスト力）を特定し、各最大スラスト力によるギアアッセンブリ７とリア側の側壁２０ａとの衝突速度、及びフロント側の側壁２０ａとの衝突速度を上述の式（１），（４）より求める。
【００２８】
＜４＞  そして、上記＜１＞，＜２＞，＜３＞で求められた衝突速度が要求条件を満足するようにして、スラストクリアランス量Ｃと金属バネ２１のバネ定数をそれぞれ設定することができる。例えば、上記＜１＞，＜２＞で求められる衝突速度が、ギアアッセンブリ７と側壁２０ａとの衝突による打音（スラスト打音）の許容値以下となり、上記＜３＞で求められる衝突速度が、金属バネ２１が無い場合の衝突速度よりも小さく、かつスラスト打音が許容値以下になること、を条件としてスラストクリアランス量Ｃと金属バネ２１のバネ定数を定めることができる。
【００２９】
以上の始動装置１Ａによれば、内燃機関の始動クランキング中において、ある気筒が圧縮行程にあるときは、一方向クラッチ１０が締結状態となってスタータモータ２の駆動力がクランクギア６に伝達されるので、ドリブンギア８には図１の右側へのスラスト力Ｆ１が、中間ギア９には図１の左側へのスラスト力Ｆ２がそれぞれ作用する。一方、ある気筒が圧縮行程から膨張行程に転じたときには、一方向クラッチが開放状態となって、クランクギア６により中間ギア９が空転し中間ギア９に作用していたスラスト力の方向が反転する。このようなスラスト力の変動は、始動クランキング中に気筒毎に順次繰り返される。始動装置１Ａにはその反転した方向（図１の右方向）に、側壁２０ａと金属バネ２１とがそれぞれ設けられているため、ギアアッセンブリ７と側壁２０ａとの衝突が緩和され、これらの衝突による打音や破損が抑制される。
【００３０】
始動装置１Ａの中間ギア９はクランクギア６と常時噛み合っているので、内燃機関の始動後には、内燃機関のトルク変動、クランクシャフトの捩り共振等による回転変動が発生し中間ギア９に衝撃力が加わる。始動装置１Ａには、中間ギア９がクランクギア６で駆動されている状態で生じるスラスト力の方向（図１の右方向）に、スラストクリアランスＣが形成され、右側の側壁２０ａとギアアッセンブリ７との間に金属バネ２１が設けられている。このため、中間ギア９に作用する衝撃力の持つエネルギーを中間ギア９のスラスト方向の運動エネルギーと金属バネ２１の位置エネルギーにそれぞれ変換でき、この衝撃力の最大値を低減できる。その結果、中間ギア９をより小さく軽量化することもでき、内燃機関の運転時に中間ギア９とクランクギア６との噛み合いにより発生する音や、ギアアッセンブリ７と側壁２０ａとの衝突による打音を低減することもできる。特に、中間ギア９が樹脂材料で構成されている本実施形態では、金属等の他の材料で中間ギア９を構成した場合よりも衝撃力の低減効果が顕著に反映される。樹脂製のギアは金属製のギアよりも強度が低いためモジュールや歯幅等のギアの諸元を金属製のギアより大きくして強度を確保する必要があるが、衝撃力の低減により大型化を抑えることができるためである。
【００３１】
また、このような衝撃力の低減により玉軸受１５，１６，１７，１８に作用する負荷を低減できるので、これらの破損を防止することができるとともに、これらの寿命を向上することもできる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に本発明の始動装置の第２実施形態を図４及び図５を参照して説明する。図４では、図１と同一構成には同一符号が付されている。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。図４に示したように、始動装置１Ｂの回転伝達機構５０は、ドリブンギア８０とギア軸１１０とが一体的に構成されたギアアッセンブリ７０を有している。ドリブンギア８０と中間ギア９のそれぞれの歯のねじれ方向は、ピニオン４からクランクギア６への回転伝達に伴ってドリブンギア８０及び中間ギア９のそれぞれに発生するスラスト力が互いに逆向きとなるように設定されている。この形態では、ドリブンギア８０には図４の左方向のスラスト力Ｆ３が、中間ギア９には図４の右方向のスラスト力Ｆ４がそれぞれ発生するように各ギアの歯のねじれ方向が設定されている。
【００３３】
ギア軸１１０の両端１１０ａ，１１０ａはギアハウジング２００の側壁２００ａ，２００ａに設けられた玉軸受２６，２６によって軸線ＣＬ２に関して回転可能かつ摺動可能に支持されている。ギアアッセンブリ７０は側壁２００ａ，２００ａにて軸線ＣＬ２方向の移動範囲が規制されている。図５にも示したように、ギアアッセンブリ７０と移動規制部材としての図４の左側の側壁２００ａとの間には緩衝部材としての金属バネ２１が設けられている。金属バネ２１とギア軸１１０の側部１１０ａとの間にはクリアランスリング２３０が介在する。これにより、ギア軸１１０の回転につられて金属バネ２１が回転することが防止される。
【００３４】
スラストクリアランスＣは、第１実施形態と同様に、ギアアッセンブリ７０に設けられたクリアランスプレート２５の軸線ＣＬ２方向の大きさを適宜に定めることにより調整できる。スラストクリアランスＣと金属バネ２１のバネ定数のそれぞれの大きさは、内燃機関の始動時及び運転時においてギアアッセンブリ７０に加わるスラスト力と、ギアアッセンブリ７の質量を考慮して適宜に定めればよい。これらは、上記＜１＞〜＜４＞の手法に準じて計算することができる。
【００３５】
以上の始動装置１Ｂによっても、上記始動装置１Ａと同様の作用効果が得られる。
【００３６】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施してよい。例えば、ピニオンとドリブンギアとの間に他のギアを介在させてもよいし、中間ギアとクランクギアとの間に他のギアを介在させてよい。本発明の移動規制部材としては、ギアアッセンブリを保持するギアハウジングに限られず、他の部材によってギアアッセンブリの軸線方向の移動が規制されるように構成してもよい。また、ギアアッセンブリを構成する各ギアの材料に制限はなく、金属製でも樹脂製でもよい。緩衝部材としては、衝撃を緩和する部材であればよく、ゴムや樹脂等の弾性体でもよい。また、金属バネでなく非金属のバネでもよいし、バネの形態として皿バネの他円錐コイルバネ等の各種のバネ要素を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る始動装置を示した図。
【図２】図１の右側の側壁とギアアッセンブリとの間の付近を拡大した部分拡大図。
【図３】スラストクリアランス及びバネ定数をそれぞれ計算するための計算モデルの一例を示した図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る始動装置を示した図。
【図５】図４の左側の側壁とギアアッセンブリとの間の付近を拡大した部分拡大図。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ、１Ｂ  始動装置
２  スタータモータ
３  回転軸
４  ピニオン
５  回転伝達機構
６  クランクギア
７  ギアアッセンブリ
８、８０  ドリブンギア（第１のヘリカルギア）
９  中間ギア（第２のヘリカルギア）
１０  一方向クラッチ
２０、２００  ギアハウジング
２０ａ、２００ａ  側壁（移動規制部材）
２１  金属バネ（緩衝部材）
２３、２３０  クリアランスリング
ＣＬ１、ＣＬ２  軸線
【図１】
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【図２】
2006063809.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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