(57)【要約】【課題】ピニオン５のリングギヤ７への噛み合い性を向上させることで、例えば、アイドルストップシステムを搭載する車両にも採用できるドライブスプリング噛合方式のスタータ１を提供する。【解決手段】電磁スイッチ６の作動に伴い、ピニオン軸４と一体に反モータ方向へ移動したピニオン５がリングギヤ７に当接した後、シフトレバー２７を介してピニオン５の端面に作用する押し込み力をＮ、ピニオン移動体の質量をｇとした時に、ｇ／Ｎが６以下に設定されている。この場合、ｇ／Ｎが６を超えるスタータと比較して、ピニオン移動体の質量ｇに対する押し込み力Ｎが大きくなり、ピニオン５のリングギヤ７への噛み合い性が向上するため、スタータ１の噛合寿命が長くなる。これにより、例えば、アイドルストップシステムを搭載する車両にも適用可能な耐久性に優れたスタータ１を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を発生するモータと、
エンジンのリングギヤに噛み合い可能なピニオンを有し、このピニオンと一体に軸方向に移動可能に設けられ、前記モータの回転力が伝達されて回転するピニオン移動体と、
前記モータのメイン接点を開閉する電磁スイッチとを備え、
この電磁スイッチの作動力がシフトレバーを介して前記ピニオン移動体に伝達されることで、前記ピニオン移動体が反モータ方向へ移動して、前記ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合わされるスタータにおいて、
反モータ方向へ移動した前記ピニオンが前記リングギヤに当接した後、前記シフトレバーを介して前記ピニオン移動体を前記リングギヤ側に付勢する付勢手段を備え、この付勢手段により、前記リングギヤに当接する前記ピニオンの端面に付与される付勢力をＮ［単位Ｎ］とし、前記ピニオン移動体の質量をｇ［単位ｇ］とした時に、ｇ／Ｎが６以下に設定されていることを特徴とするスタータ。
【請求項２】
請求項１に記載したスタータにおいて、
前記付勢手段は、前記ピニオンが前記リングギヤに当接した後、前記メイン接点が閉じる間に反力を蓄えるドライブスプリングであり、このドライブスプリングに蓄えられた反力が前記シフトレバーを介して前記ピニオンの端面に前記付勢力Ｎとして作用することを特徴とするスタータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載したスタータにおいて、
前記ピニオン移動体は、前記モータの回転力がクラッチを介して伝達されると共に、前記クラッチの内周にスプライン結合されて軸方向に移動可能に設けられたピニオン軸を有し、このピニオン軸の全体が中空形状あるいは一部が中空に設けられていることを特徴とするスタータ。
【請求項４】
請求項３に記載したスタータにおいて、
前記ピニオン軸には、軸径を小さくした周溝が設けられ、この周溝に前記シフトレバーの端部が係合していることを特徴とするスタータ。
【請求項５】
請求項１または２に記載したスタータにおいて、
前記ピニオン移動体は、前記モータの回転を出力する出力軸上にスプライン結合されて前記出力軸の回転を前記ピニオンに伝達するクラッチを有し、このクラッチが前記ピニオンと一体に前記出力軸上を移動可能に設けられていることを特徴とするスタータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に移動可能に設けられたピニオン移動体を有し、このピニオン移動体にシフトレバーを介して電磁スイッチの作動力を伝達して、ピニオン移動体に設けられるピニオンをエンジンのリングギヤに噛み合わせる方式のスタータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、特許文献１に記載されたスタータがある。
このスタータは、モータの回転力が伝達される出力軸と、この出力軸よりクラッチを介して回転力が伝達されるピニオンと、モータの通電をＯＮ／ＯＦＦする電磁スイッチ等より構成され、この電磁スイッチが作動する（電磁力を発生してプランジャを吸引する）と、その作動力がシフトレバーを介してクラッチに伝達されることで、ピニオンがクラッチと一体に出力軸上を移動して、エンジンのリングギヤに噛み合う方式である。
【０００３】
ところで、ピニオンがリングギヤに衝突して噛み合うことができない場合は、モータのメイン接点が閉じるまでに、電磁スイッチに内蔵されたドライブスプリングに反力が蓄えられる。その後、メイン接点が閉じてモータが起動すると、そのモータの回転力でピニオンが強制的に回され、リングギヤに噛み合い可能な位置まで回転した時点で、ドライブスプリングに蓄えられた反力によりピニオンが押し込まれてリングギヤに噛み合わされる。この方式は、一般に、ドライブスプリング噛合方式と呼ばれている。
【特許文献１】実開平２−８７９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、車両の燃費向上あるいは排気エミッションの改善等を目的として、エンジンの停止及び再始動を自動制御するエンジン制御システム（アイドルストップシステム、エコランシステム等とも呼ばれる）が徐々に採用されている。
前記ドライブスプリング噛合方式のスタータは、通常の使用回数（例えば、５００００回）に対して、ピニオンがリングギヤに噛み合う耐久性を備えている。しかし、上記のアイドルストップシステムを搭載する車両では、スタータの使用回数が飛躍的に増加するため、従来のドライブスプリング噛合方式のスタータを用いた場合、短期間でピニオンとリングギヤとの間で噛合い不良が発生し、耐久性の点で問題があった。
【０００５】
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、ピニオンのリングギヤへの噛み合い性を向上させることで、例えば、アイドルストップシステムを搭載する車両にも採用できるドライブスプリング噛合方式のスタータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（請求項１の発明）
本発明は、回転力を発生するモータと、エンジンのリングギヤに噛み合い可能なピニオンを有し、このピニオンと一体に軸方向に移動可能に設けられ、モータの回転力が伝達されて回転するピニオン移動体と、モータのメイン接点を開閉する電磁スイッチとを備え、この電磁スイッチの作動力がシフトレバーを介してピニオン移動体に伝達されることで、ピニオン移動体が反モータ方向へ移動して、ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合わされるスタータにおいて、反モータ方向へ移動したピニオンがリングギヤに当接した後、シフトレバーを介してピニオン移動体をリングギヤ側に付勢する付勢手段を備え、この付勢手段により、リングギヤに当接するピニオンの端面に付与される付勢力をＮ［単位Ｎ］とし、ピニオン移動体の質量をｇ［単位ｇ］とした時に、ｇ／Ｎが６以下に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
ピニオン移動体の質量ｇとピニオン端面をリングギヤに付勢する押し込み力Ｎとの関係ｇ／Ｎを噛合実験により求め、その結果を図４のグラフに示す。この実験結果から、ピニオン移動体が中実軸、半中実軸、中空軸の何れであっても、ｇ／Ｎ≦６の関係で噛合率範囲が１００％となることが明確になった。
実施例においては、中空軸（４００ｇ）に対し、押し込み力７０Ｎで１００％の噛合率範囲が求められる。例えば、中実軸（５５０ｇ）の必要押し込み力９２Ｎと比較すれば、９２Ｎに対し７０Ｎであり、２４％の押し込み力低減ができる。すなわち、電磁スイッチの押し込み力が２４％低減でき、その分、電磁スイッチが小型化できる。更に、ピニオンのリングギヤへの噛み合い性が向上するため、例えば、アイドルストップシステムを搭載する車両に適用した場合でも、短期間でピニオンとリングギヤとの間で噛合い不良が発生することはなく、耐久性の高いスタータを提供できる。
【０００８】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、付勢手段は、ピニオンがリングギヤに当接した後、メイン接点が閉じる間に反力を蓄えるドライブスプリングであり、このドライブスプリングに蓄えられた反力がシフトレバーを介してピニオンの端面に付勢力Ｎとして作用することを特徴とする。
この場合、ドライブスプリングに蓄えられた反力をＦとし、シフトレバーの揺動中心から電磁スイッチ側の長さをＬ１、揺動中心からピニオン移動体側の長さをＬ２とした時に、シフトレバーを介してピニオン移動体に付与されるドライブスプリングの付勢力Ｎは、Ｆ×Ｌ１／Ｌ２となる。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、ピニオン移動体は、モータの回転力がクラッチを介して伝達されると共に、クラッチの内周にスプライン結合されて軸方向に移動可能に設けられたピニオン軸を有し、このピニオン軸の全体が中空形状あるいは一部が中空に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
ピニオン軸の全体あるいは一部を中空にすると、ねじり剛性が低くなるため、ピニオン軸に加わる駆動時の衝撃をねじりトルクで吸収できる。
また、ピニオン軸を中空にすることで質量を低減できるので、電磁スイッチの吸引力を増大することなく、ｇ／Ｎを６以下に設定できる。さらに、ピニオン軸の全体を中空形状にすることで、外気に通じる通気孔を形成できる。これにより、ピニオン軸の移動によってクラッチ内側の空間容積が変化しても、その容積変化による圧力変動を防止できるので、スプライン部に使用されるグリスの洩れを防止できる。
【００１１】
（請求項４の発明）
請求項３に記載したスタータにおいて、ピニオン軸には、軸径（ピニオン軸の外径）を小さくした周溝が設けられ、この周溝にシフトレバーの端部が係合していることを特徴とする。この場合、ピニオン軸に周溝を形成することで、ピニオン軸の質量を低減できるので、噛み合い性の向上に寄与できる。また、シフトレバーの端部を受けるためのレバー受け部品をピニオン軸に取り付ける必要がないため、コストを低減できる。
【００１２】
（請求項５の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、ピニオン移動体は、モータの回転を出力する出力軸上にスプライン結合されて出力軸の回転をピニオンに伝達するクラッチを有し、このクラッチがピニオンと一体に出力軸上を移動可能に設けられていることを特徴とする。
この請求項５に係るスタータは、出力軸上をクラッチとピニオンが一体に移動する構成であり、そのクラッチとピニオンの合計質量ｇと、ピニオンがリングギヤに当接した後、付勢手段によりピニオン移動体（クラッチ＋ピニオン）に付与される付勢力Ｎとの関係が、ｇ／Ｎ≦６に設定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１に係わるスタータ１の部分断面図である。
本実施例のスタータ１は、回転力を発生するモータ２と、このモータ２の回転速度を減速する減速装置（後述する）と、この減速装置で減速された回転がクラッチ３を介して伝達されるピニオン軸４と、このピニオン軸４上に配置されるピニオン５と、モータ２の通電回路に設けられるメイン接点（図示せず）を開閉制御する電磁スイッチ６等より構成される。なお、図１において、ピニオン軸４の中心線より上側は、スタータ１の静止状態を示し、中心線より下側は、スタータ１の作動状態（ピニオン軸４が前進してピニオン５がエンジンのリングギヤ７に噛み合った状態）を示している。
【００１５】
モータ２は、磁束を発生する界磁８と、整流子（図示せず）を有する電機子９と、整流子上に配置されるブラシ（図示せず）等より構成される周知の直流電動機であり、電磁スイッチ６によりメイン接点が閉制御されると、車載バッテリ（図示せず）から始動電流が供給されて、電機子９に回転力が発生する。
界磁８は、磁気回路を形成するヨーク８ａの内周に複数の界磁コイル８ｂを周方向等間隔に配置して構成される。なお、界磁コイル８ｂに替えて、永久磁石を使用することもできる。
電機子９は、電機子軸９ａに固定された電機子鉄心９ｂに電機子コイル９ｃを巻線して構成され、界磁８の内側に配置されて、回転自在に支持されている。
【００１６】
減速装置は、図２に示す様に、電機子軸９ａの端部に形成される太陽ギヤ１０と、センタケース１１に回転規制された内歯ギヤ１２と、両ギヤ１０、１２に噛み合う複数の遊星ギヤ１３とで構成される周知の遊星歯車減速機である。この減速装置は、電機子９が回転すると、遊星ギヤ１３が太陽ギヤ１０の周囲を自転しながら公転することで、電機子９の回転速度を遊星ギヤ１３の公転速度まで減速する。
センタケース１１は、モータ２のヨーク８ａとフロントハウジング１４との間に配設され、減速装置とクラッチ３の外側を覆っている。
【００１７】
クラッチ３は、図２に示す様に、ギヤ軸１５を介して遊星ギヤ１３を支持するクラッチアウタ３ａと、このクラッチアウタ３ａの内径側に配置され、ボールベアリング１６を介してセンタケース１１に回転自在に支持されたインナチューブ３ｂと、両者の間でトルク伝達を断続するローラ３ｃ等より構成され、このローラ３ｃを介してクラッチアウタ３ａからインナチューブ３ｂへのトルク伝達を許容し、インナチューブ３ｂからクラッチアウタ３ａへのトルク伝達を遮断する一方向クラッチとして構成されている。
【００１８】
ピニオン軸４は、モータ２の電機子軸９ａと同軸線上に配置され、一端側が軸受１７を介してフロントハウジング１４に支持され、他端側がインナチューブ３ｂの内側に挿通されて、自身の外周に形成された雄ヘリカルスプライン４ａ（図２参照）が、インナチューブ３ｂの内周に形成された雌ヘリカルスプライン３ｄに噛み合わされている。
このピニオン軸４は、径方向の中央部を軸方向に貫通する通気孔１８が形成されて中空形状に設けられている。また、ピニオン軸４には、長手方向の略中央部にレバー受け溝１９が形成されている。このレバー受け溝１９は、ピニオン軸４の外径を所定寸法だけ小さくして形成される。
【００１９】
ピニオン５は、軸受１７より前方へ突き出たピニオン軸４の前端部にスプライン結合され、ピニオン軸４と一体に回転可能に設けられると共に、ピニオン軸４に対し軸方向に所定量だけ移動可能に支持されている。また、ピニオン５は、ピニオン軸４との間に配設されたピニオンスプリング２０により、ピニオン軸４上を反モータ方向（図１の左方向）に付勢され、ピニオン軸４の先端部に取り付けられたストッパ２１に当接している。
この実施例１に示すスタータ１では、ピニオン軸４上に配設されるピニオン５とピニオンスプリング２０およびストッパ２１が、ピニオン軸４と一体に軸方向に移動する構成であり、その軸方向に移動する全ての部品（ピニオン軸４、ピニオン５、ピニオンスプリング２０、ストッパ２１）により、本発明のピニオン移動体を構成している。
【００２０】
電磁スイッチ６は、始動スイッチ（図示せず）の閉操作によりバッテリから通電される励磁コイル２２と、この励磁コイル２２の発生する磁力により吸引されるプランジャ２３と、励磁コイル２２への通電が停止されて磁力が消滅した時に、プランジャ２３を押し戻すためのリターンスプリング２４と、後述するドライブスプリング２５を介してプランジャ２３に保持されるフック２６等より構成され、プランジャ２３の移動に応じてメイン接点を開閉制御すると共に、シフトレバー２７を介してピニオン軸４を軸方向に移動させる働きを有する。
シフトレバー２７は、センタケース１１に固定されたレバーホルダ２８により揺動可能に支持されると共に、レバー上端部がフック２６に連結され、レバー下端部がピニオン軸４のレバー受け溝１９に係合されている。
【００２１】
ドライブスプリング２５は、一端がスプリング受け部材２９を介してプランジャ２３に係止され、他端がフック２６の端部に係止された状態で、プランジャ２３の凹部に配設されている。このドライブスプリング２５は、電磁スイッチ６の作動により、ピニオン軸４と一体に反モータ方向（図示左方向）へ移動したピニオン５がリングギヤ７の端面に当接した後、メイン接点が閉じるまでの間に反力を蓄え、この反力がシフトレバー２７を介してピニオン軸４をリングギヤ７側へ付勢する付勢力として作用する。この付勢力は、リングギヤ７に当接したピニオン５がリングギヤ７に噛み合い可能な位置まで回転した時に、ピニオンスプリング２０を介してピニオン５をリングギヤ７に押し込む押し込み力となる。
【００２２】
ここで、図３に示す様に、シフトレバー２７を介してピニオン軸４に作用するドライブスプリング２５の付勢力、つまり押し込み力をＮ、ドライブスプリング２５に蓄えられる反力をＦとした時に、ＮとＦとの間に以下の関係（１）が成立する。但し、シフトレバー２７の揺動中心から電磁スイッチ６側の長さをＬ１、揺動中心からピニオン軸４側の長さをＬ２とする。
Ｎ＝Ｆ×Ｌ１／Ｌ２…………………（１）
また、前記ピニオン移動体（ピニオン軸４、ピニオン５、ピニオンスプリング２０、ストッパ２１）の質量をｇとした時に、Ｎとｇとの間に以下の関係（２）が成立している。  ｇ／Ｎ≦６……………………………（２）
【００２３】
次に、スタータ１の作動を説明する。
始動スイッチの閉操作により、電磁スイッチ６の励磁コイル２２に通電されてプランジャ２３が吸引されると、シフトレバー２７を介してピニオン軸４が反モータ方向へ押し出される。これにより、ピニオン軸４は、インナチューブ３ｂに対して回転しながら反モータ方向へ移動し、ピニオン５がリングギヤ７の端面に当接した後、ピニオンスプリング２０を押し縮めた状態で一旦停止する。
【００２４】
この後、ドライブスプリング２５に反力を蓄えながらプランジャ２３が移動してメイン接点を閉じることにより、電機子９に通電されて回転力が発生する。この電機子９の回転力は、減速装置で増大され、クラッチ３を介してピニオン軸４に伝達される。これにより、ピニオン軸４が強制的に回され、ピニオン５がリングギヤ７に噛み合い可能な位置まで回転した時点で、前記押し込み力Ｎによってピニオン５がリングギヤ７に噛み合わされる。ピニオン５とリングギヤ７との噛み合いが完了すると、ピニオン５からリングギヤ７に回転力が伝達されてエンジンをクランキングする。
【００２５】
（実施例１の効果）
上記のスタータ１は、図４に示す様に、ピニオン５がリングギヤ７に当接した後、シフトレバー２７を介してピニオン軸４に作用する押し込み力Ｎと、ピニオン移動体（ピニオン軸４、ピニオン５、ピニオンスプリング２０、ストッパ２１）の質量ｇとの間に、ｇ／Ｎ≦６の関係が成立している。
ここで、押し込み力Ｎとピニオン移動体の質量ｇとの関係（ｇ／Ｎ）を基に、スタータ１の噛合寿命を実験で求めた。図４に示す様に、ｇ／Ｎが６を超える場合と、ｇ／Ｎが６以下の場合とで、両者の噛合寿命に異なる結果が得られた。すなわち、ｇ／Ｎが６を超える場合（図中×印で示す）は、いずれも噛合寿命が５万回以下となり、ｇ／Ｎが６以下の場合（図中○印で示す）は、いずれも噛合寿命が５万回以上となっている。
【００２６】
これは、ｇ／Ｎが６を超える場合（従来のスタータ）と、６以下の場合（本発明のスタータ１）とを比較すると、ｇ／Ｎが６以下に小さくなる程、質量ｇに対する押し込み力Ｎが大きくなるので、ピニオン５のリングギヤ７への噛み合い性が向上する。また、この効果から、電磁スイッチ６の押し込み力が低減できる分、電磁スイッチ６を小型化できる。また、ｇ／Ｎが６を超える従来のスタータと比較して、噛合寿命を延ばすことができるため、例えば、アイドルストップシステムを搭載する車両に適用した場合でも、短期間でピニオン５とリングギヤ７との間で噛合い不良が発生することはなく、耐久性に優れたスタータ１を提供できる。
【００２７】
また、上記のスタータ１は、ピニオン軸４に通気孔１８を形成して中空形状にしたことで、ピニオン軸４のねじり剛性が低くなるため、ピニオン軸４に加わる駆動時の衝撃値をねじりトルクにより効果的に吸収できる。更に、ピニオン軸４を中空にすることで質量を低減できるので、電磁スイッチ６の吸引力を増大することなく、ｇ／Ｎを６以下に設定できる。
また、ピニオン軸４に通気孔１８を形成することで、ピニオン軸４の移動によってクラッチ３の内側に形成される空間Ａ（図２参照）の容積が変化しても、その容積変化による圧力変動を防止できる。その結果、ピニオン軸４の雄ヘリカルスプライン４ａとインナチューブ３ｂの雌ヘリカルスプライン３ｄとの噛み合い部に使用されるグリスの洩れを防止できると共に、クラッチ３に使用されるグリスとの混合を回避できる。
【００２８】
さらに、ピニオン軸４には、軸径（ピニオン軸４の外径）を小さく形成してレバー受け溝１９を設け、このレバー受け溝１９にシフトレバー２７の下端部が係合している。この場合、ピニオン軸４を一部細く形成するので、ピニオン軸４を中空形状に設けることと合わせて、ピニオン軸４の質量を低減できるため、ピニオン５の噛合性向上に寄与できる。また、シフトレバー２７の下端部を受けるために、専用のレバー受け部品をピニオン軸４に取り付ける必要がないため、コストの低減が可能である。
【００２９】
（変形例）
実施例１に記載したスタータ１では、ｇ／Ｎを６以下に設定しているが、これを実現するためには、ａ）ピニオン移動体の質量ｇを低減する、ｂ）電磁スイッチ６の吸引力を大きくする、ｃ）シフトレバー２７のレバー比（Ｌ１／Ｌ２）を変更する等の方法が考えられる。しかし、電磁スイッチ６の吸引力を大きくすると、その分、励磁コイル２２の体格が大きくなり、延いてはスタータ１の体格が大型化する。また、レバー比の変更は、スタータ１の設計変更を伴うため、コストが高くつく。従って、ｇ／Ｎを６以下に設定するためには、ピニオン移動体を軽量化することが最も望ましい。これに対し、実施例１では、ピニオン軸４を中空形状にすると共に、レバー受け溝１９を形成することでピニオン軸４の質量を低減しているが、その他の手段として、例えば、リングギヤ７との噛み合いに必要な強度を確保できる範囲内でピニオン５を軽量化することもできる。
【００３０】
実施例１に記載したスタータ１は、ピニオン５を支持するピニオン軸４が軸方向に移動する構成であり、そのピニオン軸４と、ピニオン軸４上に配置されるピニオン５、ピニオンスプリング２０、およびストッパ２１とでピニオン移動体を形成しているが、本発明は、モータ２の回転を出力する出力軸上にクラッチ３をスプライン結合し、そのクラッチ３とピニオン５が一体に出力軸上を移動可能に設けられたスタータにも適用できる。この場合、クラッチ３とピニオン５とでピニオン移動体を構成し、そのクラッチ３とピニオン５の合計質量ｇと、ピニオン５がリングギヤ７に当接した後、ピニオン移動体（クラッチ３＋ピニオン５）に作用する押し込み力Ｎとの関係が、ｇ／Ｎ≦６に設定される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るスタータの要部を示す断面図である。
【図２】クラッチ周辺の構成を示す拡大断面図である。
【図３】スタータの作動を説明する模式図である。
【図４】ドライブスプリング力と移動質量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１  スタータ
２  モータ
３  クラッチ
４  ピニオン軸（ピニオン移動体）
５  ピニオン（ピニオン移動体）
６  電磁スイッチ
７  リングギヤ
１９  レバー受け溝（周溝）
２５  ドライブスプリング（付勢手段）
２７  シフトレバー
ｇ  ピニオン移動体の質量
【図１】
2006233930.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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