(57)【要約】【課題】  スタータの一方向クラッチおよび電動モータを保護する。【解決手段】  スタータ４０は電動モータ４１を備えており、電動モータ４１からのモータ動力は、減速駆動歯車４３と減速従動歯車４７とを介して回転軸４６に伝達される。回転軸４６にはピニオンギヤ４８が設けられ、このピニオンギヤ４８から、クランク軸１２に連結されるリングギヤ４５に対してモータ動力が伝達される。トルクリミッタ５１を介して回転軸４６に支持される減速従動歯車４７には、エンジン動力による電動モータ４１の過回転を回避するため、一方向クラッチ５０が組み込まれている。減速従動歯車４７をトルクリミッタ５１によって支持することにより、クランク軸１２が逆回転して一方向クラッチ５０が締結される場合であっても、クランク軸１２から出力される逆回転トルクを軽減することができ、一方向クラッチ５０や電動モータ４１を保護することができる。【選択図】  図４
2005320920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸を電動モータにより回転させてエンジンを始動するスタータであって、
前記クランク軸と前記電動モータとを連結する動力伝達経路に組み込まれ、エンジン始動時に前記クランク軸に対するモータ動力の伝達を許容する一方、エンジン始動後に前記電動モータに対するエンジン動力の伝達を遮断する一方向クラッチと、
前記動力伝達経路に組み込まれ、前記動力伝達経路を経て伝達されるトルクを制限するトルク制限機構とを有し、
前記クランク軸が始動方向に抗して逆回転するときに、前記エンジンから前記電動モータに向けて伝達されるトルクを前記トルク制限機構により制限することを特徴とするスタータ。
【請求項２】
請求項１記載のスタータにおいて、前記トルク制限機構を介して伝達されるトルクの上限値は、前記一方向クラッチのトルク容量に基づいて設定され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記載のスタータにおいて、前記トルク制限機構は前記クランク軸と前記一方向クラッチとの間に組み込まれ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】
本発明はモータ動力を用いてエンジンを始動させるスタータに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを始動させるためにはクランク軸を所定の回転数以上で回転させることが必要であり、多くのエンジンには電動モータを動力源としたスタータが組み付けられている。スタータは電動モータに駆動されるピニオンギヤを備えており、このピニオンギヤはクランク軸に連結されるリングギヤに噛み合う噛合位置と噛み合いが外れる離脱位置とに移動自在となっている。そして、エンジン始動時にはピニオンギヤが噛合位置に押し出される一方、エンジン始動後にはピニオンギヤが離脱位置に押し戻されることになる。
【０００３】
ピニオンギヤを噛合位置に移動させることによって、モータ動力をクランク軸に伝達しているが、エンジンが始動されてからピニオンギヤが離脱するまでの間は、電動モータがエンジン動力によって駆動されるため、電動モータが過回転状態となってしまう。そこで、過回転状態を回避して電動モータを保護するため、ピニオンギヤと電動モータとの間にいわゆる逆入力遮断クラッチを組み込むようにしたスタータが開発されている(たとえば、特許文献１参照)。ところが、電動モータの過回転状態を回避するため、逆入力遮断クラッチを組み込むことは、スタータ構造の複雑化を招くだけでなく、スタータの高コスト化を招くことにもなる。そこで、電動モータの過回転を回避するクラッチとしては、回転方向に応じて締結状態と遮断状態とに切り換わる一方向クラッチが一般的となっている。
【特許文献１】特開２００３−８３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一方向クラッチを組み込むことで電動モータの過回転を回避しようとすると、以下のような問題が生じることになる。たとえば、バッテリ電圧が低下した状態のもとでスタータを作動させようとすると、電動モータから出力されるモータトルクが低下しているため、ピストンが上死点に達する前にシリンダ内圧によって押し下げられるおそれがある。このようなピストンの押し下げによってエンジンが逆回転されると、エンジンからの逆回転トルクが、締結状態となる一方向クラッチを介して電動モータに伝達されるため、一方向クラッチおよび電動モータを損傷させてしまうおそれがある。特に、一方向クラッチのトルク容量は、始動時のモータトルクに基づいて設定されるため、一方向クラッチを過大な逆回転トルクに対応させることは困難となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、一方向クラッチが組み込まれるスタータにおいて、一方向クラッチおよび電動モータを保護することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスタータは、クランク軸を電動モータにより回転させてエンジンを始動するスタータであって、前記クランク軸と前記電動モータとを連結する動力伝達経路に組み込まれ、エンジン始動時に前記クランク軸に対するモータ動力の伝達を許容する一方、エンジン始動後に前記電動モータに対するエンジン動力の伝達を遮断する一方向クラッチと、前記動力伝達経路に組み込まれ、前記動力伝達経路を経て伝達されるトルクを制限するトルク制限機構とを有し、前記クランク軸が始動方向に抗して逆回転するときに、前記エンジンから前記電動モータに向けて伝達されるトルクを前記トルク制限機構により制限することを特徴とする。
【０００７】
本発明のスタータは、前記トルク制限機構を介して伝達されるトルクの上限値は、前記一方向クラッチのトルク容量に基づいて設定されることを特徴とする。
【０００８】
本発明のスタータは、前記トルク制限機構は前記クランク軸と前記一方向クラッチとの間に組み込まれることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動力伝達経路にトルク制限機構を組み込むようにしたので、一方向クラッチおよび電動モータを保護することができる。つまり、クランク軸が始動方向に抗して逆回転した場合には、締結される一方向クラッチに対して、エンジンからの逆回転トルクが入力されることになるが、トルク制限機構を介して逆回転トルクを制限することができるため、一方向クラッチに過大な逆回転トルクが入力されることはなく、一方向クラッチの損傷を回避することができる。また、電動モータに対しても過大な逆回転トルクが入力されることはなく、電動モータの損傷を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるスタータが組み込まれた車両を示す斜視図であり、この車両はバギー車とも言われるＡＴＶつまり全地形走行車である。図１に示すように、車体１には前輪２ａ，２ｂと後輪３ａ，３ｂが設けられており、鞍乗り型の座席４が車体１の中央部に設けられている。乗員は座席４に跨って車両に乗り込み、ハンドル５を操作して走行することになる。
【００１１】
図２は図１の車両に搭載された駆動装置を示す概略図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２および図３に示すように、ハウジング１１にはクランク軸１２が回転自在に収容されており、ハウジング１１の上部に形成される開口部にはシリンダ１３が設けられている。シリンダ１３内にはピストン１４が往復動自在に組み込まれており、ピストン１４とクランク軸１２とはコネクティングロッド１５を介して連結されている。
【００１２】
また、シリンダ１３の上端面にはシリンダヘッド１６が搭載されており、シリンダヘッド１６には、燃焼室１７に開口する吸気ポート１８と排気ポート１９とが形成されるとともに、これらのポート１８，１９をそれぞれに開閉する吸気弁２０と排気弁２１が往復動自在に組み付けられている。このシリンダヘッド１６には、カムシャフト２２が回転自在に装着されており、これと平行に設けられるロッカシャフト２３には、吸気弁２０と排気弁２１とのそれぞれにカムシャフト２２からの開閉力を伝達するロッカアーム２４，２５が回動自在に装着されている。カムシャフト２２とクランク軸１２とはタイミングチェーン２６を介して連結されており、ピストン１４の往復運動に同期して吸気弁２０と排気弁２１とが開閉駆動されるようになっている。
【００１３】
このようなエンジン３０から出力されるエンジン動力は、エンジン回転数の上昇に伴って締結状態に切り換えられる遠心クラッチ３１を経て、ベルト式の無段変速機３２に入力される。無段変速機３２は溝幅が可変となるプーリ３３，３４と、これらのプーリ３３，３４を連結する駆動ベルト３５とを備えており、入力側のプライマリ回転数に応じて変速比を変化させることができる。つまり、プライマリ回転数が上昇して遠心ウェイト３６が外側に移動すると変速比が高速段側に設定される一方、回転数が低下して遠心ウェイト３６が内側に移動すると変速比が低速段側に設定されるようになっている。この無段変速機３２を介して変速されたエンジン動力は、乗員のシフト操作によって選択される前後進切換機構３７の前進用歯車列３８または後退用歯車列３９を介して駆動輪である後輪３ａ，３ｂに伝達されることになる。
【００１４】
続いて、エンジン３０を始動するためのスタータ４０について説明する。図４は図２に示す符号Ｂの範囲で駆動装置を示す部分断面図であり、本発明の一実施の形態であるスタータ４０が示されている。図４に示すように、スタータ４０の動力源となる電動モータ４１はハウジング１１に固定されており、ハウジング１１内に入り込む電動モータ４１の出力軸４２には減速駆動歯車４３が形成されている。そして、電動モータ４１に駆動されるクランク軸１２には発電ロータ４４が固定されており、発電ロータ４４の外周面にはリングギヤ４５が固定されている。
【００１５】
ハウジング１１内には、出力軸４２およびクランク軸１２の双方に平行となる回転軸４６が回転自在に収容されており、回転軸４６の一端部には減速駆動歯車４３に常時噛み合う減速従動歯車４７が設けられる一方、回転軸４６の中央部にはリングギヤ４５に噛み合う噛合位置と噛み合いが外れる離脱位置とに移動するピニオンギヤ４８が設けられている。ピニオンギヤ４８とこれを支持する回転軸４６にはヘリカルスプライン４６ａ，４８ａが形成されており、このヘリカルスプライン４６ａ，４８ａを介して回転力の一部を軸方向の推力に変換することによって、ピニオンギヤ４８はリターンスプリング４９を圧縮させながら噛合位置に押し出される一方、軸方向の推力が低下するとリターンスプリング４９のばね力によって離脱位置に押し戻されることになる。なお、図４に示す一点鎖線の上側には噛合位置に移動した状態のピニオンギヤ４８が示され、一点鎖線の下側には離脱位置に移動した状態のピニオンギヤ４８が示されている。
【００１６】
このように電動モータ４１とクランク軸１２とを連結する動力伝達経路には、一方向クラッチ５０とトルクリミッタ５１が組み込まれている。ここで、図５は減速従動歯車４７に組み込まれる一方向クラッチ５０の構造を示す概略図である。図５に示すように、一方向クラッチ５０は、円形の外周形状を備える内輪５２と、これの径方向外方に配置されるとともに楔状の内周形状を備える外輪５３とを備えており、内輪５２と外輪５３との間には複数のローラ５４が組み込まれている。エンジン３０を始動させるため、電動モータ４１によって外輪５３を矢印Ａ１方向に回転させると、ローラ５４が噛み込むことによって外輪５３から内輪５２にモータ動力が伝達される。そして、始動されたエンジン３０から内輪５２にエンジン動力が入力され、内輪５２が矢印Ａ２方向に外輪５３よりも速く回転すると、ローラ５４の噛み込みが外れてエンジン動力の伝達が遮断される。なお、ばね部材５５によってローラ５４は噛み込み方向に付勢されており、外輪５３が矢印Ａ１方向に回転した場合には、一方向クラッチ５０が確実に締結されるようになっている。
【００１７】
また、図４に示すように、回転軸４６と減速従動歯車４７との間には摩擦式のトルクリミッタ５１が組み込まれており、回転軸４６と減速従動歯車４７との間で伝達されるトルクが、所定の上限値を上回る場合には、摩擦面５１ａに滑りを生じさせることでトルクの伝達が制限されるようになっている。つまり、図示するトルクリミッタ５１は、伝達するトルクの大きさを制限するトルク制限機構として機能することになる。なお、摩擦面５１ａには浸流処理等の摩擦特性改善処理が施されている。
【００１８】
図６は電動モータ４１の電気系を示す回路図である。図６に示すように、電動モータ４１とバッテリ６０との間には、リレースイッチ６１を介してバッテリ６０からの電流を電動モータ４１に供給する通電ケーブル６２が設けられており、リレースイッチ６１をオン作動させると、電動モータ４１に対してバッテリ６０からの電流が供給される一方、リレースイッチ６１をオフ作動させると、電動モータ４１に対する供給電流が遮断される。このようなリレースイッチ６１は、通電ケーブル６２を開閉する可動接点６３と、この可動接点６３を吸引するソレノイド６４とを備えており、ソレノイド６４の通電状態に応じて可動接点６３の位置が制御される。乗員がスタータスイッチ６５をオン操作すると、可動接点６３が通電ケーブル６２側に吸引されて通電ケーブル６２が閉じられる一方、スタータスイッチ６５をオフ操作すると、可動接点６３が通電ケーブル６２から離れて通電ケーブル６２が開かれることになる。
【００１９】
続いて、スタータ４０の動作について説明する。エンジン３０を始動させるため、乗員がスタータスイッチ６５をオン操作すると、電動モータ４１が駆動状態に切り換えられ、減速駆動歯車４３から減速従動歯車４７にモータ動力が伝達される。そして、モータ動力は締結される一方向クラッチ５０を介してトルクリミッタ５１に伝達され、トルクリミッタ５１の摩擦面５１ａを介して回転軸４６に伝達される。なお、トルクリミッタ５１を介して伝達されるトルクの上限値は、エンジン３０を始動するために必要なモータトルクを上回って設定されており、通常のエンジン始動においてトルクリミッタ５１に滑りが生じることはない。
【００２０】
モータ動力によって回転軸４６が回転駆動されると、回転軸４６に支持されるピニオンギヤ４８は慣性力によって停止状態を維持しようとするため、ピニオンギヤ４８に対して回転軸４６が相対回転することになり、回転力の一部がヘリカルスプライン４６ａ，４８ａを介して軸方向の推力に変換される。つまり、図４に示すように、回転軸４６やピニオンギヤ４８のヘリカルスプライン４６ａ，４８ａは、回転軸４６の回転方向(矢印Ａ１)に逆らいながら噛合位置に向けて進むように形成されており、ピニオンギヤ４８に対して回転軸４６を矢印Ａ１方向に回転させると、回転軸４６はリターンスプリング４９を圧縮させながらピニオンギヤ４８を噛合位置に向けて押し出すことになる。なお、ヘリカルスプライン４６ａ，４８ａのリード角は、電動モータ４１の角加速度やリターンスプリング４９のばね力などに基づいて設定されている。
【００２１】
次いで、押し出されるピニオンギヤ４８が噛合位置に到達すると、モータ動力がピニオンギヤ４８からリングギヤ４５を介してクランク軸１２に伝達され、クランク軸１２が始動回転されることでエンジン３０が始動される。エンジン３０が始動されると、エンジン動力によってピニオンギヤ４８が駆動されることになるが、解放される一方向クラッチ５０を介してエンジン動力は遮断されるため、エンジン動力によって電動モータ４１が過回転状態となることはない。そして、乗員がスタータスイッチ６５をオフ操作すると、電動モータ４１が停止状態に切り換えられ、回転軸４６の回転力が低下するため、ピニオンギヤ４８はリターンスプリング４９からのばね力によって離脱位置に押し戻される。
【００２２】
このように、モータ動力を用いてエンジン３０を始動することになるが、バッテリ電圧が低下した状態のもとでスタータ４０を作動させた場合には、電動モータ４１から出力されるモータトルクが低下しているため、ピストン１４が上死点に達する前にシリンダ内圧によって押し下げられるおそれがある。ピストン１４が上死点に達する前に押し下げられ、クランク軸１２が始動方向に抗して逆回転すると、図５に示す矢印Ｂ方向に内輪５２が回転駆動されるため、一方向クラッチ５０が締結状態に切り換えられるとともに、電動モータ４１に向けてエンジン３０からの逆回転トルクが伝達される状態となる。
【００２３】
しかしながら、クランク軸１２と電動モータ４１とを連結する動力伝達経路にはトルクリミッタ５１が組み込まれるため、一方向クラッチ５０や電動モータ４１に伝達される逆回転トルクはトルクリミッタ５１によって軽減されることになる。このように逆回転トルクを軽減することによって、始動時のモータトルクに基づきトルク容量が設定される一方向クラッチ５０に対して、エンジン３０からの過大な逆回転トルクが入力されることはなく、一方向クラッチ５０の損傷を回避することができる。また、電動モータ４１に対しても過大な逆回転トルクが入力されることはなく、電動モータ４１の損傷を回避することができる。なお、トルクリミッタ５１を介して伝達されるトルクの上限値は、一方向クラッチ５０のトルク容量を下回るように設定されており、一方向クラッチ５０を確実に保護することができる。
【００２４】
図７は本発明の他の実施の形態であるスタータ７０を示す部分断面図である。なお、図４に示す部材と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、このスタータ７０の一方向クラッチ７１はピニオンギヤ７２に組み込まれるようになっている。このピニオンギヤ７２は、内周面にヘリカルスプライン７３ａが形成されるスリーブ状の内輪７３と、内輪７３の径方向外方に配置され楔状の内周形状を備える外輪７４とを備えており、内輪７３と外輪７４との間にはローラ７５が組み込まれている。エンジン３０を始動するため電動モータ４１が回転軸４６を駆動する場合には、ローラ７５が噛み込むことでピニオンギヤ７２にモータ動力が伝達される一方、始動されたエンジン３０によってピニオンギヤ７２が駆動される場合には、ローラ７５の噛み込みが外れて回転軸４６に対するエンジン動力の伝達が遮断される。
【００２５】
このように、クランク軸１２とトルクリミッタ５１との間に一方向クラッチ７１が組み込まれた場合であっても、一方向クラッチ７１にかかる反力がトルクリミッタ５１を介して軽減されるため、一方向クラッチ７１に過大な逆回転トルクが伝達されることはなく、一方向クラッチ５０の損傷を回避することができる。また、前述の説明と同様に、電動モータ４１の損傷を回避することもできる。
【００２６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示するスタータ４０，７０は、回転力を用いてピニオンギヤ４８，７２を押し出すようにしたベンディックス式のスタータ４０，７０であるが、この形式に限られることはなく、マグネットスイッチを用いてピニオンギヤを押し出すようにしたピニオンシフト式のスタータであっても良い。また、図示するエンジン３０は４サイクルエンジンであるが、２サイクルエンジンなど他の形式のエンジンであっても、本発明のスタータ４０，７０を適用することができる。さらに、全地形走行車に搭載されるエンジン３０に限られることはなく、二輪車や発電機などに搭載されるエンジンに、本発明のスタータ４０，７０を搭載するようにしても良い。
【００２７】
また、トルクリミッタ５１は回転軸４６と減速従動歯車４７との間に組み込まれており、一方向クラッチ５０，７１は減速従動歯車４７やピニオンギヤ７２に組み込まれているが、これらの部位に限られることはなく、電動モータ４１とクランク軸とを連結する動力伝達経路上であれば、他の部位にトルクリミッタや一方向クラッチを組み込むようにしても良い。
【００２８】
さらに、図示するトルクリミッタ５１は、摩擦面５１ａに滑りを生じさせることによってトルクを軽減しているが、上限値を上回ってトルクが伝達されたときに、トルクを完全に遮断するトルクリミッタであっても良い。特に、図４に示すように、クランク軸１２と一方向クラッチ５０との間にトルクリミッタを組み込む場合には、トルクを完全に遮断するトルクリミッタを組み込むようにすると、一方向クラッチ５０に対する逆回転トルクの伝達を完全に遮断することができ、一方向クラッチ５０を確実に保護することができる。
【００２９】
さらに、一方向クラッチとしては、内輪５２，７３と外輪５３，７４との間にボールやローラ５４，７５を噛み込ませる一方向クラッチ５０，７１に限られることはなく、繭型のスプラグを備えるようにした一方向クラッチであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態であるスタータが組み込まれた車両を示す斜視図である。
【図２】図１の車両に搭載された駆動装置を示す概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２に示す符号Ｂの範囲で駆動装置を示す部分断面図である。
【図５】一方向クラッチの構造を示す概略図である。
【図６】電動モータの電気系を示す回路図である。
【図７】本発明の他の実施の形態であるスタータを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１２    クランク軸
３０    エンジン
４０    スタータ
４１    電動モータ
５０    一方向クラッチ
５１    トルクリミッタ(トルク制限機構)
７０    スタータ
７１    一方向クラッチ
【図１】
2005320920.tif 000003
【図２】
2005320920.tif 000004
【図３】
2005320920.tif 000005
【図４】
2005320920.tif 000006
【図５】
2005320920.tif 000007
【図６】
2005320920.tif 000008
【図７】
2005320920.tif 000009