(57)【要約】  本発明は、電気機械、特に内燃機関用のスタータ装置（１０）に関する。本発明に係る電気機械は、互いにかみあい可能な２つの歯車（２２，２５）のノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）を備える。ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、歯車（２２，２５）の少なくとも一方において、非対称的な歯形（２１４）を有する高歯として形成されている。
2013527892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにかみあい可能な２つの歯車（２２，２５）のノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）を備える電気機械、特に内燃機関用のスタータ装置（１０）であって、前記歯車（２２，２５）の少なくとも一方の歯車に設けられた、前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、非対称的な歯形（２１４）を有する高歯として形成されていることを特徴とする、電気機械。
【請求項２】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）の歯先は、変更された歯先領域、特に歯先修正部（２４０）を有する、請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）の歯元（２２２）は、トロコイド形状から逸脱した形状を有する、請求項１又は２記載の電気機械。
【請求項４】
前記高歯は、始動ピニオン（２２）と内燃機関のリングギヤ（２５）との間に約１又は≧１の有効最小かみあい率を有する、請求項１記載の電気機械。
【請求項５】
前記高歯（２３２，２３４）は、１０°〜３５°、好ましくは約１５°又は約２５°の基準圧力角を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項６】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、すぐ歯として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項７】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、歯厚（２１０）が端面（２３０）から出発して前側領域（２２８）において減じられた歯厚（２１２）で形成されている単歯（２０２）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項８】
前記減じられた歯厚（２１２）は、始動ピニオン（２２）又はリングギヤ（２５）の端面（２３０）から出発して減じられた歯幅（２０８）に沿って延在している、請求項７記載の電気機械。
【請求項９】
前記減じられた歯厚（２１２）で前記減じられた歯幅（２０８）に沿って形成されている前記前側領域（２２８）内の円周方向バックラッシは、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ、好ましくは約０．３ｍｍである、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１０】
前記前側領域（２２８）外の円周方向バックラッシは、０．３ｍｍより小さい、請求項９記載の電気機械。
【請求項１１】
前記減じられた歯厚（２１２）が前記減じられた歯幅（２０８）に沿って形成されている歯面（２０４）が、移行歯面領域（２２６）を有し、該移行歯面領域（２２６）内で、前記減じられた歯厚（２１２）は前記歯厚（２１０）へと移行する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１２】
内燃機関のリングギヤ（２５）にかみ込み可能な始動ピニオン（２２）を備える内燃機関のスタータ装置（１０）であって、前記始動ピニオン（２２）及び／又は前記リングギヤ（２５）の歯の少なくとも一方が、ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）として形成されていることを特徴とする、スタータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
ＤＥ１０２００８０４２４３４．５号明細書は、減速装置及び内燃機関のためのスタータ装置に関する。減速装置によって、互いにかみあう少なくとも２つの歯車による駆動軸と被動軸との間の、回転数を下げる連結が実施される。歯車は、すぐ歯に形成されている。歯車間の歯は、高歯（Ｈｏｃｈｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）として形成されている。高歯としての歯の形成は、互いにかみあう歯を切られた構成部材のかみあい率を明らかに高めることを可能にする。高歯は、基準圧力角（Ｎｏｒｍａｌｅｉｎｇｒｉｆｆｓｗｉｎｋｅｌ）が減じられ、好ましくは２０°より小さく維持されることにより、歯のかみあい率が≧２．０である歯である。高歯としての歯の設計時、より急斜面の歯面、より大きなかみあい率及び発生するより小さな半径方向力が生じる。この半径方向力は、互いに噛合する歯車の支承部に作用する。高歯は、従来慣用の歯幾何学形状と比較して、軸間距離偏差及び偏心（Ｒｕｎｄｌａｕｆｆｅｈｌｅｒ）に対してより鈍感である。さらに、回転安定性あるいは静粛性が改善される。やま歯（Ｐｆｅｉｌｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）とも称呼される複はす歯（Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｒａｅｇｖｅｒｚａｈｎｕｇ）と比較して、高歯は、使用されるすぐ歯の歯車が従来慣用の製造プロセスにより製造可能であり、これにより既存の組立プロセスが維持可能であるという利点を有している。
【０００２】
しばしば、ピニオンとリングギヤとからなる回転数を下げる歯列のために、従来慣用の歯を有する歯車が使用される。
【０００３】
このことは、運転中に振動が励起されて、始動ピニオンとリングギヤとからなる歯列の音響特性を悪化させるという欠点を有している。これにより発生するノイズは、時として比較的大きく、ひいては障害となる場合がある。
【０００４】
このような振動の発生を回避するために、例えばより小さな変速比を有するすぐ歯が設けられる。この対策は、かみあい状況を改善し、振動の発生及びこれに伴うノイズレベルを低減する。これにより、音響特性は改善される。しかし、変速比の減少は、始動装置の動特性が変化するため、極低温時の始動動作に影響を及ぼす可能性があることを意味している。他方、このことは、顧客の仕様書の要求をもはや充足し得ないか、又は要求への適合を考慮しなければならないことを結果として伴う。
【０００５】
さらに、この振動の発生を軽減するために、互いに噛合する歯の対偶間、つまり始動ピニオンとリングギヤとの間にはす歯が設けられる。この対策は、かみあい状況を改善し、振動の発生及びこれに伴うノイズレベルを阻止する。これにより、音響特性は改善される。しかし、はす歯の形成は、軸方向のスラスト力が、はす歯を有する歯車に作用することを意味している。このことは、他方、発生するスラスト力に基づいて、歯車あるいは歯車を有する軸の適当な支承部が設けられていなければならないことを結果として伴う。また、ハウジングの剛性は、発生するスラスト力を考慮して相応に設計されていなければならない。このことは、はす歯の使用時に発生する軸方向力を受けるべきハウジングの手間のかかるコンセプトにつながる。これに伴いかなりのコスト上昇が生じる。さらに、はす歯を有する歯車には、より高い摩擦が生じる。その結果、始動ピニオン及びリングギヤの歯列の効率は悪化し、これによりスタータの性能は低下する。このことは、スタータ装置あるいはその電気駆動装置の始動性が低下することを意味している。この低下を補償するために、電動モータの出力は、発生するすべての運転条件下での必要な始動性を保証すべく、高められる必要がある。このことは、電動モータの摩耗、特に整流系の摩耗が増大するという結果を伴う。その結果、電動モータの寿命は短縮する。はす歯の有利な振動特性は、効率の悪化及び手間のかかる設計の欠点を伴う。
【０００６】
発明の概要
本発明により、互いに噛合する２つの歯車、特にスタータ装置の始動ピニオンと内燃機関のリングギヤとの間の歯であって、始動ピニオン及びリングギヤの歯のノイズレベル及び振動特性が改善されている歯が提案される。本発明により提案される解決手段により、従来慣用のすぐ歯の高い効率は維持される。本発明により提案される解決手段によれば、互いに噛合する歯車間の歯は、歯車相互のかみ込みを容易にする高歯として形成されている。互いに噛合する歯車の少なくとも一方には、歯の軸方向の長さの少なくとも一部にわたって延在する歯形の非対称的な幾何学形状が設けられている。
【０００７】
本発明により提案される解決手段により、一方では、コンパクトな構造形態が達成され、他方では、始動ピニオン及びリングギヤの歯の安価な形成と同時に、大幅に延長された寿命が達成され得る。始動ピニオンとリングギヤとからなる、互いに噛合する対偶には、最適化された歯が設けられている。この歯は、内燃機関の始動動作中の内燃機関のリングギヤとスタータ装置の始動ピニオンとが互いに噛合しているときのノイズレベルを低下させるために、特別な歯形を有している。始動ピニオンとリングギヤとからなる対偶の最適化された設計は、最適化された歯により、運転が音響面で最適化されている、すなわち、全体として、発生するノイズレベルがかなり低下するという利点を有している。さらに、コンパクトかつ省コストな設計が可能である。コスト削減は、特に、依然としてすぐ歯が使用されることにより達成される。これにより、軸方向力は回避され得る。軸方向力は、さもなければ、軸受や、スタータ装置のハウジングにおいて講じられる構造的な対策を介して吸収されなければならない。駆動軸及びクランク軸あるいは歯車の支承部は、本発明により提案される解決手段にしたがって、軸方向力を受ける必要がないか、又は受ける必要があったとしても僅かにすぎないように設計可能である。音響特性の改善は、歯が高歯として設計されていることにより達成される。このことは、互いに噛合する歯車のかみあい率（Ｐｒｏｆｉｌｕｅｂｅｒｄｅｃｋｕｎｇ）の上昇を可能にする。このことは、改善されたノイズ特性及び振動特性を結果として伴う。減じられた振動レベルは、始動ピニオンとリングギヤとの間の最適化された歯の寿命に対しても肯定的に働く。
【０００８】
ノイズに関して最適化された高歯とは、この場合、基準圧力角が減じられ、歯先の幾何学形状が歯先輪郭の修正部あるいは後退部（Ｒｕｅｃｋｎａｈｍｅ）を有していることによって、歯のかみあい率が高められている歯と解される。さらに高歯は、歯元の領域において歯元輪郭の強化がなされているように形成されている。これにより、より急斜面の歯面、より大きなかみあい率及び歯車の支承部に作用するより小さな半径方向力が生じる。さらに、歯先輪郭の修正部により、互いに噛合する歯車のかみあい開始時の、ノイズを惹起する進入衝撃が、理想的には阻止され、いずれにしてもかなり軽減される。歯元輪郭の強化は、歯の剛性を高める。このことは、やはり、発生するノイズレベルの大幅な低下に貢献する。特殊な歯形をなした高歯は、従来慣用の歯幾何学形状と比較して、軸間距離偏差及び偏心に対して大幅に鈍感である。さらに、互いに噛合する歯車の回転安定性あるいは静粛性は、かなり改善されている。
【０００９】
高歯の好ましい態様において、高歯は、始動ピニオンとリングギヤとの間に約１又は１より大きい有効最小かみあい率（ｅｆｆｅｋｔｉｖｅ  Ｍｉｎｄｅｓｔｐｒｏｆｉｌｕｅｂｅｒｄｅｃｋｕｎｇ）を有する。歯たけは、無修正のインボリュート領域が始動ピニオンとリングギヤとの間の≧１の有効最小かみあい率を達成するように設計されなければならない。この条件は、かみあい長さ（Ｅｉｎｇｒｉｆｆｓｓｔｒｅｃｋｅ）ｇａがｇａ＝１＊ｐｅｔの関係にしたがうように成形円直径（Ｆｏｒｍｋｒｅｉｓｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ）ｄＦａが選択されると、充足されている。ここで、ｐｅｔは、（正面）かみあいピッチ（（Ｓｔｉｒｎ）‐Ｅｉｎｇｒｉｆｆｓｔｅｉｌｕｎｇ）である。かみあい率εａは、正面かみあいピッチｐｅｔに対するかみあい長さｇａの比を表している。正面かみあいピッチｐｅｔ＝ｍｔ＊π＊ｃｏｓαｔは、かみあい線（Ｅｉｎｇｒｉｆｆｓｌｉｎｉｅ）上の２つの右歯面間又は左歯面間の間隔である。歯におけるこのようなかみあいにより、歯の耐荷能力に関する最適化も実現可能である。
【００１０】
上述の対策により、一方では最適なノイズ特性及び振動特性についての要求が充足され、他方では、互いに噛合する歯車の十分な強度についての要求が充足される。かみあい率の増大は、特に、歯車対における所定の変速比のための小さくされたモジュールの使用により実施される。モジュールは、以下の考慮により求められている。
【００１１】
使用されるモジュールは、歯の歯元の領域に耐荷能力が付与されているように、強度に応じて選択されなければならない。最小で使用可能なモジュールは、経験的に約１．０ｍｍである。しかし、この値は、改良された材料の使用により場合によってはより小さなモジュールも使用可能な場合もあるので、参考値程度に解されるべきものである。
【００１２】
本発明により提案される解決手段の態様において、高歯は、１０°〜３５°、好ましくは約１５°又は約２５°の基準圧力角を有する。高歯の基準圧力角の減少により、より急斜面の歯面、より大きなかみあい率及び発生するより小さな半径方向力が生じる。これにより、高歯は、従来慣用の幾何学形状と比較して、軸間距離偏差及び偏心に対してより鈍感であり、回転安定性あるいは静粛性も改善される。被切削加工により製造される歯の場合、圧力角は、特にかみあい率が≧１．０であるとき、約１０°まで減少可能である。歯がホブ切りされる場合、圧力角は、例えば１５°まで減少可能である。例えば他の材料の選択によって強度を上昇させる適当な対策により、＜１０°の基準圧力角も達成される。
【００１３】
本発明により提案される解決手段の有利な態様は、高歯の歯元が、トロコイド形状から逸脱した形状を有することにより生じる。歯の歯元半径は、より小さなモジュールの使用により減じられる。歯元形状は、歯元強度を改善するために、歯元の従来慣用の丸み付けの代わりに、好ましくは修正された歯元丸み付けに置換される。最適化された歯元形状は、これまで形成されたトロコイド形状とは異なっている。
【００１４】
本発明により提案される解決手段の一態様では、高歯の歯先が、変更された歯先領域を有する。歯先領域において、歯面は、例えば、使用されるモジュールに適合された軽微な歯先丸み付けにより形成されていてよい。これに対して択一的には、歯先修正部が設けられてもよい。歯先修正部は、互いに接線方向に延びるそれぞれ異なる３つのアールにより形成され、これらのアールは、それぞれ歯面と歯先とを互いに結合している。この最後の対策は、力を伝達する歯面の衝撃の少ない進入を可能にする。その結果、摩耗及びノイズレベルは低減される。
【００１５】
さらに、本発明により提案される高歯は、好ましくは、従来慣用の製造プロセスにより製造可能である。付加的な製造工程を行う必要がないので、この歯は、比較的安価に製造可能である。
【００１６】
本発明により提案される解決手段の好ましい態様では、スタータ装置の被動軸にフリーホイールが配設されている。フリーホイールを介して、既に始動された内燃機関が、減速装置の駆動軸を高回転数で回転させ、例えばこの減速装置を介して接続された電動モータを損傷させる事態は、回避可能である。フリーホイールにより、一方向のトルク伝達が実現されるので、トルクは、駆動軸から被動軸にのみ伝達され、逆方向には伝達され得ない。
【００１７】
本発明により提案される解決手段によれば、高歯は、歯の少なくとも制限された長さにわたって延びる、歯形における非対称的な幾何学形状と協働する。歯形の非対称的な幾何学形状は、内燃機関のリングギヤの端面側の領域においても、スタータ装置の、内燃機関のリングギヤに軸方向でかみ込ませたい始動ピニオンの端面側の領域においても形成されていてよい。歯形の非対称の幾何学形状の枠内で、歯は、始動ピニオンの歯厚か、又は内燃機関のリングギヤの歯厚が、所定の歯幅にわたって、それぞれの歯車の前側の端面から出発して、片側にのみ、すなわち非対称的に減じられ、この減じられた歯厚を備えて形成された領域で、企図される円周方向バックラッシ（Ｖｅｒｄｒｅｈｆｌａｎｋｅｎｓｐｉｅｌ）が例えば０．３ｍｍの値を取るように形成される。したがって、このような形成は、歯厚が減じられていない残りの歯幅が、明らかに小さなバックラッシを有して設計され得ることを可能にする。これらの両対策の組み合わせにより、一方では、リングギヤへの始動ピニオンのかみ込みが保証され、他方では、互いに噛合する歯のノイズレベルが著しく低下される。歯形の非対称的な幾何学形状を形成するために歯厚を減じることは、スタータ装置の回転方向とは無関係に、歯列の互いに噛合する歯の右又は左のそれぞれの歯面において実施可能である。非対称的な歯の設計時、歯面面圧及び歯元応力に対する信頼性が、減じられた歯厚の領域においても、標準の歯厚で形成された領域においても遵守されることが考慮されなければならない。非対称の歯の設計は、次のように実施されることが望ましい。
【００１８】
ノイズに関して最適化されたすぐ歯の設計時、円周方向バックラッシの減少が企図される。同時に、内燃機関のリングギヤの外歯列への始動ピニオンのかみ込みを保証するために、０．３ｍｍの最小円周方向バックラッシが遵守されることが望ましい。歯の設計時、次のような方法が執られることが望ましい。
１．第１の設計ステップにおいて、所定の最低歯元信頼性及び最低歯面信頼性の遵守を保証する最適化された歯幾何学形状を設計する。最適化された歯幾何学形状において存在する円周方向バックラッシは、０．３ｍｍを下回っていてよい。
２．第２の設計ステップにおいて、第１のステップにおいて最適化された歯幾何学形状から導き出される、要求される０．３ｍｍの円周方向バックラッシを達成するための減じられた歯幅を有する歯幾何学形状を導き出す。その際、第１の方法ステップにおいて最適化された歯幾何学形状と同じ歯元半径が使用されることが保証されることが望ましい。歯幅の減少は、例えば始動ピニオンにおいて、より小さな転位係数の設定により行われることができる。歯先円直径は、維持されることが望ましい。
３．第３の設計ステップにおいて、所定の最低歯元信頼性が第２の設計ステップ後に遵守されているか否かを評価する。
【００１９】
第２の設計ステップによる歯幾何学形状の最低歯元信頼性が基準歯の歯元信頼性に相当するものであれば、第１の設計ステップによる最適化された歯幾何学形状は許容される。これが当てはまらない場合には、第１の設計ステップにおいて最適化された歯において、モジュールの増大を行い、第２の設計ステップ及び第３の設計ステップにおけるプロセス、すなわち評価を繰り返す。
【００２０】
本発明について以下に、図面に示した実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】始動ピニオン及びリングギヤの互いに噛合する歯の対偶とともに、内燃機関のスタータ装置を示す図である。
【図２】ノイズに関して最適化された高歯を備える始動ピニオン及びリングギヤの歯対偶の側面図である。
【図３】ノイズに関して最適化された高歯の側面図である。
【図４】スタータ装置の始動ピニオン又は内燃機関のリングギヤの端面における、非対称的に形成された歯幾何学形状を示す図である。
【００２２】
実施の形態
図１は、スタータ装置１０を縦断面図で示している。スタータ装置１０は、例えばスタータモータ１３と、押し込み型のアクチュエータ１６（Ｖｏｒｓｐｕｒａｋｔｕａｔｏｒ：例えばリレー、スタータリレー）とを有している。スタータモータ１３と電気的なアクチュエータ１６とは、１つの共通のドライブベアリングシールド１９に固定されている。スタータモータ１３は、始動ピニオン２２が図１には示さない内燃機関のリングギヤ２５にかみ込んだ状態で、始動ピニオン２２を駆動するために機能する。スタータモータ２５は、ハウジングとして磁極管２８を有している。磁極管２８は、磁極管２８の内周面に磁極片３１を担持している。磁極片３１には、それぞれ、界磁巻線３４が巻成されている。低出力のスタータのために、ここでは、磁極片３１及び界磁巻線３４の代わりに、永久磁石が使用されてもよい。磁極片３１は、他方、アーマチュア３７を包囲している。アーマチュア３７は、複数の薄板４０から形成されるアーマチュア積層体４３と、スロット４６内に配置されるアーマチュア巻線４９とを有している。アーマチュア積層体４３は、駆動軸４４にプレスばめされている。駆動軸１３の、始動ピニオン２２とは反対側の端部には、コンミテータ５２が取り付けられている。コンミテータ５２は、特に、個々のコンミテータ薄板５５から形成されている。コンミテータ薄板５５は、公知の形式でアーマチュア巻線４９に電気的に接続されていて、炭素ブラシ５８を通してコンミテータ薄板５５に通電したときに、アーマチュア３７が磁極管２８内で回転されるように形成されている。電気的な駆動装置１６とスタータモータ１３との間に配置される給電部６１は、ＯＮの状態で炭素ブラシ５８と界磁巻線３４とに電流を供給する。駆動軸４４は、コンミテータ側で軸ジャーナル６４によって滑り軸受６７内に支承されている。滑り軸受６７は、他方、コンミテータベアリングカバー７０内に定置に保持されている。コンミテータベアリングカバー７０は、他方、磁極管２８の周囲に分配配置されている２本、３本又は４本のタイロッド７３、例えばねじによって、ドライブベアリングシールド１９に固定される。その際、磁極管２８は、ドライブベアリングシールド１９に支持され、コンミテータベアリングカバー７０は、磁極管２８に支持されている。
【００２３】
スタータ装置１０のアーマチュア３７には、駆動方向で、太陽歯車８０が接続している。太陽歯車８０は、公転型の伝動装置（Ｕｍｌａｕｆｇｅｔｒｉｅｂｅ）、例えば遊星歯車伝動装置８３の一部である。太陽歯車８０は、複数の遊星歯車８６、一般には３つの遊星歯車８６により包囲されている。遊星歯車８６は、転がり軸受８９又は滑り軸受により軸ジャーナル９２に支持されている。遊星歯車８６は、内歯車９５内を転動する。内歯車９５は、スタータ装置１０の磁極管２８内に半径方向で支承されている。遊星歯車８６には、被動側に向かって、遊星腕９８が接続している。遊星腕９８には、軸ジャーナル９２が収容されている。遊星腕９８は、他方、中間軸受１０１及び中間軸受１０１内に配置された滑り軸受１０４内で支承される。中間軸受１０１は、内部に遊星腕９８及び遊星歯車８６が収容されているようにポット状に形成されている。さらにポット状の中間軸受１０１内には、内歯車９５が配置されている。内歯車９５は、最終的に、カバー１０７によりアーマチュア３７に対して閉鎖されている。中間軸受１０１も、外周面でもって磁極管２８の内面に支持されている。アーマチュア３７は、駆動軸４４の、コンミテータ５２とは反対側の端部に別の軸ジャーナル１１０を有している。軸ジャーナル１１０は、やはり滑り軸受１１３内に収容されている。滑り軸受１１３は、他方、遊星腕９８の中央の孔内に収容されている。遊星腕９８は、被動軸１１６と一体的に結合されている。被動軸１１６は、中間軸受１０１とは反対側の端部１１９でもって、ドライブベアリングシールド１９内に固定されている別の軸受１２２内に支持されている。
【００２４】
被動軸１１６は、様々な区分に区分けされている。つまり、中間軸受１０１の滑り軸受１０４内に配置されている区分には、軸ハブ結合部１２８の一部であるすぐ歯列１２５（内歯列）を備える区分が接続している。軸ハブ結合部１２８は、この場合、連行子１３１の軸方向の直線状の滑動を可能にする。連行子１３１は、フリーホイール１３７あるいはオーバランニングクラッチのポット状のアウタレース１３２と一体的に結合されているスリーブ状の延長部である。フリーホイール１３７（Ｒｉｃｈｔｇｅｓｐｅｒｒｅ：方向制限器）は、さらに、アウタレース１３２の半径方向内側に配置されているインナレース１４０を有する。インナレース１４０とアウタレース１３２との間には、締結体１３８あるいはスプラグが配置されている。締結体１３８は、インナレース１４０及びアウタレース１３２と協働して、第２の方向でのアウタレース１３２とインナレース１４０との間の相対回動を阻止する。換言すれば、フリーホイール１３７は、一方向でのみインナレース１４０とアウタレース１３２との間の相対回動を許可する。本実施の形態では、インナレース１４０は、始動ピニオン２２及び始動ピニオン２２のはす歯列１４３（外歯のはす歯列）と一体的に形成されている。始動ピニオン２２は、別の形態では、すぐ歯のピニオンとして形成されていてもよい。電磁式に励磁される、界磁巻線３４を備える磁極片３１の代わりに、永久界磁型の磁極が使用されてもよい。
【００２５】
さらに、電気的なアクチュエータ１６あるいはプランジャ１６８は、引っ張り要素１８７により、ドライブベアリングシールド１９内に旋回可能に配置されたレバー１９０を動かす機能も有している。このレバー１９０は、一般にフォークレバーとして形成されており、図示しない２つの「歯」で２つのディスク１９３，１９４の外周部に係合する。これにより、２つのディスク１９３，１９４間にクランプされた連行リング１９７は、フリーホイール１３７に向かってばね２００の抵抗に抗して動かされ、これにより始動ピニオン２２は、図１には示されていない内燃機関のリングギヤ２５にかみ込む。
【００２６】
以下に、かみ込み機構について詳細に説明する。電気的なアクチュエータ１６は、ピン１５０を有している。ピン１５０は、電気的なコンタクトをなしており、車両に組み付けたとき、図１には示さない電気的なスタータバッテリのプラス極に接続されている。ピン１５０は、カバー１５３を貫通している。第２のピン１５２は、給電部６１（太いリッツ線）を介して給電される電気的なスタータモータ１３のための端子である。カバー１５３は、鋼からなるハウジング１５６を閉鎖する。ハウジング１５６は、複数の固定要素１５９（ねじ）によりドライブベアリングシールド１９に固定されている。電気的なアクチュエータ１６内には、フォークレバー１９０に対して引っ張り力を加える推力発生装置１６０と、切り換え装置１６１とが配置されている。推力発生装置１６０は巻線１６２を有し、切り換え装置１６１は巻線１６５を有している。推力発生装置１６０の巻線１６１と切り換え装置１６１の巻線１６５とは、それぞれ、ＯＮの状態で電磁界を形成する。電磁界は、種々異なる構成部材を通って形成される。軸ハブ結合部１２８には、すぐ歯列１２５の代わりに、ピッチの大きなねじ山状の歯列（Ｓｔｅｉｌｇｅｗｉｎｄｅｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）あるいはねじスプラインが設けられていてもよい。その際、以下の組み合わせが可能である：
ａ）始動ピニオン２２がはす歯列を有し、軸ハブ結合部１２８がすぐ歯列１２５を有するか、
ｂ）始動ピニオン２２がはす歯列を有し、軸ハブ結合部１２８がはす歯列を有するか、又は
ｃ）始動ピニオン２２がすぐ歯列を有し、軸ハブ結合部１２８がはす歯列を有する。
【００２７】
図２は、１つの単歯を基に、歯列の前側領域において部分的に減じられた歯幅を有する高歯（Ｈｏｃｈｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）を含む非対称的な歯の本発明における形態を示している。
【００２８】
本発明により提案される解決手段にしたがって、以下に非対称的な歯２１４について単歯２０２を基に説明する。単歯２０２は、好ましくはすぐ歯列として形成される歯列の１つの歯であってよい。図２に示した、非対称の歯２１４を備える単歯２０２は、図１に示した始動ピニオン２２の外歯列に形成されていてもよいし、内燃機関の始動のために役立つリングギヤ２５の外周面に形成されていてもよい。図２に示した単歯２０２の場合、歯面２０４は、歯幅２０６で形成されている。本発明の解決手段にしたがって、図２に示した歯面２０４では、単歯２０２の端面３２から延在する前側領域２２８内に、減じられた歯幅（「ｒｅｄｕｚｉｅｒｔｅ  Ｚａｈｎｂｒｅｉｔｅ」）２０８に沿って、減じられた歯厚（「ｒｅｄｕｚｉｅｒｔｅ  Ｚａｈｎｄｉｃｋｅ」）２１２を形成することが提案される。減じられた歯厚２１２は、単歯２０２の端面２３０から、減じられた歯幅２０８に沿って移行歯面領域２２６まで延在している。歯面２０４のこの移行歯面領域２２６内で、減じられた歯厚２１２は、次第に元の歯厚２１０に移行する。このことは、歯面２０４に非対称的な歯２１４が形成されていることを意味している。
【００２９】
非対称的な歯２１４により、始動ピニオン２２の単歯２０２と内燃機関のリングギヤ２５との噛合は、内燃機関のリングギヤ２５の外歯列への始動ピニオン２２２の確実なかみ込みを保証しつつ、大幅に改善可能である。本発明において提案される非対称的な歯２１４は、歯厚２１０が、単歯２０２の前側領域２２８内で、始動ピニオン２２又はリングギヤ２５の端面２３０から見て、減じられた歯幅２０８にわたって単歯２０２の歯面２０４の片側にのみ構成され、この前側領域２２８内に単歯２０２の歯面２０４が、減じられた歯厚２１２を有しているように形成されている。減じられた歯幅２０８に沿った減じられた歯厚２１２により特徴付けられるこの前側領域２２８に沿って、企図される円周方向バックラッシ（Ｖｅｒｄｒｅｈｆｌａｎｋｅｎｓｐｉｅｌ）は、例えば０．３ｍｍである。このことは、歯が、歯幅２０６の、減じられた歯幅２０８を除いた残りの部分にわたって、０．３ｍｍを下回る明らかに小さな円周方向バックラッシを伴って設計可能であるようにする。両構成、すなわち端面２３０に関して単歯２０２の前側領域２２８における非対称的な歯２１４の形成と、減じられた歯幅２０８を除いた歯幅２０６に沿ったバックラッシの減少との組み合わせにより、一方では、リングギヤ２５への始動ピニオン２２の確実なかみ込みが保証され、他方では、歯の噛合時のノイズレベルがかなり低減される。
【００３０】
念のために付言しておくと、非対称的な歯２１４の単歯２０２において、単歯２０２の歯先円に符号２１６が、単歯２０２のピッチ円に符号２１８が、歯底円に符号２２０が、それぞれ付されている。問題となるのは、非対称的に設計された歯２１４の単歯２０２の噛合時に機械的な負荷が超過されてはならない、単歯２０２の歯元２２２の領域である。符号２２６は、移行歯面領域を指している。移行歯面領域２２６内で、減じられた歯厚２１２は、元の歯厚２１０に移行する。
【００３１】
上述の非対称的な歯２１４の設計時、歯元２２０の領域における応力の発生に至る歯面面圧に対する信頼性が、減じられた歯厚２１２を有する領域において遵守されるとともに、減じられていない、すなわち元の歯厚２１０で形成されている領域においても遵守されることが考慮されなければならない。本発明により提案される非対称的な歯２１４の設計は、以下のように行われる。
【００３２】
ノイズに関して最適化された、例えばすぐ歯として形成された非対称的な歯２１４の設計時、単歯２０２の歯面２０４の円周方向バックラッシの減少が企図される。これと同時に、リングギヤ２５の歯列への始動ピニオン２２の確実なかみ込みを保証するために、少なくとも０．３ｍｍの円周方向バックラッシが遵守される。この矛盾した効果を得るために、歯の設計に際し、以下のプロセスが提案される。
【００３３】
第１のステップとして、単歯２０２の歯元２２２における歯元応力信頼性を遵守するための最適化された歯幾何学形状の設計と、相応に、歯元丸み付け部２２４の設計と、単歯２０２の歯面２０４において発生する最大で許容可能な歯面応力の遵守の設計とが実施される。第１のステップにおいて設計すべき最適化された歯幾何学形状において、円周方向バックラッシは、０．３ｍｍを下回っていてよい。
【００３４】
次の第２の設計ステップにおいて、第１のステップにおいて導き出された最適化された歯幾何学形状から、０．３ｍｍの要求される円周方向バックラッシを達成する、減じられた歯幅２０８を有する歯幾何学形状が導き出される。その際、第１の方法ステップにおいて得られた最適化された歯幾何学形状の場合と同じアールを、歯元２２２において使用すべきである。減じられた歯幅２０８は、元の歯幅２０６から出発して、例えば始動ピニオン２２の製造時に、より小さな転位係数（Ｐｒｏｆｉｌｖｅｒｓｃｈｉｅｂｕｎｇｓｆａｋｔｏｒ）の設定により入手可能である。非対称的な歯２１４の単歯２０２の歯先円２１６の歯先円直径は、その際、変更されるべきではない。
【００３５】
評価のための第３の方法ステップにおいて、歯幾何学形状の歯元２２２における信頼性が、実証された歯幾何学形状から導き出される所定の最低歯元信頼性と少なくとも同じであることが判明すれば、第１の方法ステップにおいて求められた最適化された歯幾何学形状が許容される。
【００３６】
評価を行う第３の方法ステップにおいて、本設計ステップにおける歯幾何学形状の歯元２２２における信頼性が、基準歯の信頼性と少なくとも同じであることが保証されていれば、第１の方法ステップにおいて求められた最適化された歯幾何学形状は、許容可能である。これに対して、このことが充足されていなければ、第１の方法ステップにおいて求められ、設計された最適化された歯において、歯の設計のモジュール増大が行われ、この方法ステップに続く両方法ステップ、すなわち第２及び第３の方法ステップが、再度実行されるべきである。
【００３７】
図２において、歯先円２１６の直径にはｄａ、ピッチ円２１８の直径にはｄ、歯底円の直径にはｄｆの符号がそれぞれ付されている。
【００３８】
図３は、ノイズに関して最適化された高歯を有する始動ピニオンとリングギヤからなる歯対偶の側面図である。
【００３９】
図３からは、内燃機関のリングギヤ２５及びスタータ装置１０の始動ピニオン２２の単歯２０２が互いに噛合する様子が看取可能である。内燃機関のリングギヤ２５も、スタータ装置１０の始動ピニオン２２も、図３には部分的にのみ示されている。内燃機関のリングギヤ２５の外歯列は、ノイズに関して最適化された高歯２３２として形成されており、高歯２３２は、やはりノイズに関して最適化された高歯２３４として形成された、スタータ装置１０の外歯列の単歯２０２と噛合する。図２においては、被動軸１１６に支承されている始動ピニオン２２が、内燃機関のリングギヤ２５にかみ込んでいる。
【００４０】
図４は、内燃機関のリングギヤにも、これにかみ込むスタータ装置の始動ピニオンにも形成可能な、ノイズに関して最適化された高歯の側面図である。
【００４１】
図４は、ノイズに関して最適化された高歯の単歯２０２が歯面２０４を有することを示している。歯面２０４は、従来慣用の歯形２３８とは異なり、変更された領域を有している。本発明において提案されるノイズに関して最適化された歯、すなわち高歯２３２，２３４の歯面２０４の変更された領域としては、従来慣用の歯元の歯形２３８と比較して補強して形成された歯元２３６と、符号２４０により従来慣用の歯形とは異なって形成された、歯先円直径ｄａ２１６を下回る歯先修正部２４０あるいは歯先後退部（Ｋｏｐｆｒｕｅｃｋｎａｈｍｅ）とが挙げられる。
【００４２】
スタータ装置１０の始動ピニオン２２のすぐ歯列として形成された外歯列にも、内燃機関のリングギヤ２５のすぐ歯列として形成された外歯列にも形成可能な、ノイズに関して最適化された歯、すなわち高歯２３２，２３４の、図４に示した構成は、始動ピニオンとリングギヤ２５との間の約１又は＞１の有効最小かみあい率（ｅｆｆｅｋｔｉｖｅ  Ｍｉｎｄｅｓｔｐｒｏｆｉｌｕｅｂｅｒｄｅｃｋｕｎｇ）を特徴とする。高歯の設計の主な目的は、無修正のインボリュート領域が、始動ピニオン２２とリングギヤ２５との間の≧１の有効最小かみあい率を達成するように、歯付きスリーブ（Ｚａｈｎｈｕｅｌｓｅ）を設計することにある。この条件は、かみあい長さ（Ｅｉｎｇｒｉｆｆｓｓｔｒｅｃｋｅ）ｇａがｇａ＝１＊ｐｅｔの関係にしたがうように成形円直径（Ｆｏｒｍｋｒｅｉｓｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ）ｄＦａが選択されると充足されている。ここで、ｐｅｔは、（正面）かみあいピッチ（（Ｓｔｉｒｎ‐）Ｅｉｎｇｒｉｆｆｓｔｅｉｌｕｎｇ）を表している。かみあい率εαは、（正面）かみあいピッチｐｅｔに対するかみあい長さの比として規定されている。（正面）かみあいピッチｐｅｔ＝ｍｔ＊π＊ｃｏｓαｔは、かみあい線（Ｅｉｎｇｒｉｆｆｓｌｉｎｉｅ）に沿った２つの右歯面間又は左歯面間の間隔である。高歯がこのように設計されると、一方では、最適なノイズ特性及び振動特性に対する要求が充足され、他方では、互いに噛合する歯車２２，２５の十分な強度に対する要求が充足される。かみあい率の増大は、特に、互いに噛合する歯車対における所定の変速比のための小さくされたモジュールの使用により実施される。モジュールは、以下の考慮を基に求められている。
【００４３】
使用されるモジュールは、強度技術的に、耐荷重の高い歯元２２２が得られるように選択されなければならない。最小で使用可能なモジュールは、本発明において約１．０ｍｍである。しかし、この値は、改善された材料の使用によりモジュールの減少も達成可能であるので、参考値程度に解されるべきものである。
【００４４】
本発明において提案されるノイズに関して最適化された歯２３２，２３４、特に高歯として形成された歯２３２，２３４は、１０°〜３５°、好ましくは約１５°又は約２５°の基準圧力角（Ｎｏｒｍａｌｅｉｎｇｒｉｆｆｓｗｉｎｋｅｌ）を有している。高歯のための基準圧力角の減少により、より急斜面の歯面２０４、より大きなかみあい率、及び発生するより小さな半径方向力が生じる。これにより、高歯は、従来慣用の幾何学形状と比較して、軸間距離偏差及び偏心（Ｒｕｎｄｌａｕｆｆｅｈｌｅｒ）に対してより鈍感であり、さらに回転安定性あるいは回転静粛性はかなり改善される。被切削加工により製造される歯２３２，２３４の場合、基準圧力角は、特に≧１．０のかみあい率が与えられているとき、約１０°に減少され得る。歯がホブ切りされる場合、基準圧力角は、例えば１５°に減少され得る。一般に他の材料選択により実現される強度の増加により、基準圧力角は、１０°より小さな値をとることもできる。ノイズに関して最適化された歯２３２，２３４の歯元２２２は、特にトロコイド形状から逸脱した形状を有している。歯元丸み付け部２２４は、より小さなモジュールの使用によりかなり減じられる。例えば、歯元形状は、歯元強度を改善するために、歯元２２２の従来慣用の丸み付け部２２４を、修正されたバージョンに好ましくは置換可能である。このことは、ノイズに関して最適化された歯２３２，２３４の、互いに噛合する単歯２０２のかみあいを維持しつつ、実施される。好ましくは、図４に示すように、ノイズに関して最適化された歯２３２，２３４の歯先は、変更された歯先領域を有している。歯先領域において歯面２０４は、例えば、使用されるモジュールにそれぞれ軽く適合された歯先丸み付け部あるいは歯先修正部２４０により変更可能である。両手段は、力を伝達する歯面２０４の衝撃なしの進入を可能にする。このことは、一方では摩耗を減らし、他方ではノイズ発生を減らす。
【００４５】
図２に示すような非対称の歯形２１４を備える本発明において提案されるノイズに関して最適化された歯２３２，２３４の設計時、歯面面圧及び歯予荷重に対する信頼性が、減じられた歯厚２１２を有する領域においても、通常の歯厚２１０で形成されている領域においても遵守されることが考慮されなければならない。このために、非対称的な歯形２１４を得る以下のプロセスが提案される。
【００４６】
特にすぐ歯の高歯として、ノイズに関して最適化された歯２３２，２３４を設計する際、円周方向バックラッシの減少が企図される。同時に、リングギヤ２５への始動ピニオン２２の確実なかみ込みを保証するために、約０．３ｍｍの最小円周方向バックラッシが遵守されることが望ましい。ノイズに関して最適化された歯２３２の設計時、以下のプロセスが行われる。
【００４７】
第１のステップとして、最低歯元信頼性及び最低歯面信頼性を遵守するための最適化された歯幾何学形状の設計を行う。円周方向バックラッシは、この設計時、０．３ｍｍを下回っていてよい。
【００４８】
第１のステップにより最適化された歯幾何学形状から出発して、要求される０．３ｍｍの円周方向バックラッシを達成する、減じられた歯幅２０８を有する歯幾何学形状を導き出す。このとき、第１のステップによる最適化された歯幾何学形状と同じ歯元半径を使用する。歯幅の減少は、例えば始動ピニオン２２におけるより小さな転位係数の設定によって達成可能であり、歯先円直径２１６は、その際、不変であることが望ましい。
【００４９】
第３の設計ステップにおいて、第２の方法ステップによる歯幾何学形状の歯元信頼性が、基準歯における歯元信頼性と少なくとも同じであれば、第１の方法ステップにおける最適化された歯幾何学形状を認容する。比較結果が思わしくなければ、第１の方法ステップを、最適化された歯幾何学形状を得るために、モジュールを上げることより行い、これに続く第２，第３の方法ステップを繰り返す。
【図１】
2013527892.tif 000003
【図２】
2013527892.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにかみあい可能な２つの歯車（２２，２５）のノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）を備える電気機械であって、前記歯車（２２，２５）の少なくとも一方の歯車に設けられた、前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、非対称的な歯形（２１４）を有する高歯として形成されていることを特徴とする、電気機械。
【請求項２】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、歯厚（２１０）が端面（２３０）から出発して前側領域（２２８）において減じられた歯厚（２１２）で形成されている単歯（２０２）を有する、請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
前記電気機械は、内燃機関用のスタータ装置（１０）であり、前記２つの歯車（２２，２５）は、前記スタータ装置（１０）の始動ピニオン（２２）及び前記内燃機関のリングギヤ（２５）であり、前記減じられた歯厚（２１２）は、前記始動ピニオン（２２）又は前記リングギヤ（２５）の端面（２３０）から出発して減じられた歯幅（２０８）に沿って延在している、請求項２記載の電気機械。
【請求項４】
前記減じられた歯厚（２１２）で前記減じられた歯幅（２０８）に沿って形成されている前記前側領域（２２８）内の円周方向バックラッシは、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍである、請求項３記載の電気機械。
【請求項５】
前記減じられた歯厚（２１２）で前記減じられた歯幅（２０８）に沿って形成されている前記前側領域（２２８）内の円周方向バックラッシは、０．３ｍｍである、請求項４記載の電気機械。
【請求項６】
前記前側領域（２２８）外の円周方向バックラッシは、０．３ｍｍより小さい、請求項４又は５記載の電気機械。
【請求項７】
前記減じられた歯厚（２１２）が前記減じられた歯幅（２０８）に沿って形成されている歯面（２０４）が、移行歯面領域（２２６）を有し、該移行歯面領域（２２６）内で、前記減じられた歯厚（２１２）は前記歯厚（２１０）へと移行する、請求項３から６までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項８】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）の歯先は、変更された歯先領域を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項９】
前記変更された歯先領域は、歯先修正部（２４０）である、請求項８記載の電気機械。
【請求項１０】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）の歯元（２２２）は、トロコイド形状から逸脱した形状を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１１】
前記電気機械は、内燃機関用のスタータ装置（１０）であり、前記２つの歯車（２２，２５）は、前記スタータ装置（１０）の始動ピニオン（２２）及び前記内燃機関のリングギヤ（２５）であり、前記高歯は、前記始動ピニオン（２２）と前記内燃機関のリングギヤ（２５）との間に≧１の有効最小かみあい率を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１２】
前記高歯（２３２，２３４）は、１０°〜３５°の基準圧力角を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１３】
前記高歯（２３２，２３４）は、１５°又は２５°の基準圧力角を有する、請求項１２記載の電気機械。
【請求項１４】
前記ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）は、すぐ歯として形成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１５】
内燃機関のリングギヤ（２５）にかみ込み可能な始動ピニオン（２２）を備える内燃機関のスタータ装置（１０）であって、前記始動ピニオン（２２）及び／又は前記リングギヤ（２５）の歯の少なくとも一方が、ノイズに関して最適化された歯（２３２，２３４）として形成されていることを特徴とする、スタータ装置。
【国際調査報告】
2013527892.tif 000007
2013527892.tif 000008
2013527892.tif 000009
2013527892.tif 000010
2013527892.tif 000011
2013527892.tif 000012