(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動用電動機の出力軸に設けたピニオンギアを内燃機関のクランク軸と一体に回転するリングギアと嵌脱可能に噛合させて上記始動用電動機から上記クランク軸に動力を伝達することにより上記内燃機関を始動させる始動装置において、
上記ピニオンギアは歯幅方向で上記リングギア側に向かうに従い上記ピニオンギアの回転方向へ傾斜した歯により構成されるはすば歯車により形成するとともに、上記リングギアは上記ピニオンギアと噛合可能なはすば歯車により形成され、
上記はすば歯車により構成されたピニオンギアは、メインギアと、サブギアと、該サブギアをメインギアに対して周方向に位置がずれるように付勢するトルクばねとを有するシザースギア機構からなり、上記メインギアとサブギアのそれぞれの歯面が上記リングギアの歯面を挟み込むことにより、上記ピニオンギアと上記リングギア間のバックラッシュを解消するものであり、かつ、
上記ピニオンギアと上記リングギアを構成する各々のはすば歯車が、始動時に回転する上記ピニオンギアが上記リングギアに向って突出する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力がこれらピニオンギアとリングギアとをさらに噛合わせる方向に作用し、始動後に回転する上記リングギアから上記ピニオンギアが離脱する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力が上記ピニオンギアを上記リングギアから離脱させる方向に作用するよう傾斜し、かつ、
上記リングギアの各歯のピニオンギアが進入する側の端部には、上記ピニオンギアに向って各歯間の間隔が上記メインギアと上記サブギアの進入を許容する広さに広がるテーパ面が形成さ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】
上記ピニオンギアの上記メインギアまたはサブギアには、上記リングギアに対する挿入を円滑にするためのテーパ面が形成さ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等に搭載される内燃機関の始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関を始動させるための始動装置として、一般に車載バッテリを電源とするスタータモータが用いられている。この種の始動装置は、内燃機関のフライホィール等の外周に設けたリングギアに噛み合うピニオンギアを備えている。このピニオンギアは始動時にリングギアに噛み合い、始動完了後はリングギアから離れて元の位置に戻るようになっている。したがって従来の始動装置のピニオンギアとリングギアは、互いの噛合いと離脱を容易にするために平歯車が用いられていた。
【０００３】
従来の始動装置はピニオンギアとリングギアに平歯車を用いているため、その回転時にギア間のバックラッシュ等により比較的大きな振動・騒音が発生する。ただし従来の自動車は始動時に運転者がスタータスイッチをオンにしたときのみピニオンギアとリングギアが噛合い、スタータスイッチをオフにするとギアの噛合いが外れるため、騒音が問題視されることが少なく、平歯車を用いていても特に大きな問題は生じなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえばアイドルストップ車両やハイブリッドカーなどのように、車載コンピュータの信号によって内燃機関が自動的に始動したり停止することが繰返される車両などでは、運転者の意思にかかわらず内燃機関が始動し、さらに始動頻度も増えるため、始動装置から発生する前記騒音は耳障りなものとなる。また、通常のスタータスイッチによって始動する自動車の場合でも、静粛性の観点では始動時の騒音は低い方が望ましい。騒音を減らすためには歯の噛合い率や噛合精度を高める必要があるが、スタータ容量やレイアウトの関係などからギア比あるいは歯幅等に制約を受けるため、従来の平歯車では噛合い率を向上させることに限界があるし、単純に噛合い率や噛合精度を向上させると始動時にピニオンギアがリングギアに噛合いにくくなると共に、始動後にピニオンギアがリングギアから離脱しにくくなる問題がある。
【０００５】
従って本発明の目的は、始動装置から発生する騒音を低減させ、より快適な車両等を実現できるような内燃機関の始動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための請求項１に記載した始動装置は、嵌脱式のピニオンギアを備えたものであり、上記ピニオンギアは歯幅方向で上記リングギア側に向かうに従い上記ピニオンギアの回転方向へ傾斜した歯により構成されるはすば歯車により形成するとともに、上記リングギアは上記ピニオンギアと噛合可能なはすば歯車により形成され、上記はすば歯車により構成されたピニオンギアは、メインギアと、サブギアと、該サブギアをメインギアに対して周方向に位置がずれるように付勢するトルクばねとを有するシザースギア機構からなり、上記メインギアとサブギアのそれぞれの歯面が上記リングギアの歯面を挟み込むことにより、上記ピニオンギアと上記リングギア間のバックラッシュを解消するものであり、かつ、上記ピニオンギアと上記リングギアを構成する各々のはすば歯車が、始動時に回転する上記ピニオンギアが上記リングギアに向って突出する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力がこれらピニオンギアとリングギアとをさらに噛合わせる方向に作用し、始動後に回転する上記リングギアから上記ピニオンギアが離脱する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力が上記ピニオンギアを上記リングギアから離脱させる方向に作用するよう傾斜し、かつ、上記リングギアの各歯のピニオンギアが進入する側の端部には、上記ピニオンギアに向って各歯間の間隔が上記メインギアと上記サブギアの進入を許容する広さに広がるテーパ面が形成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に第１の参考例の始動装置について、図１から図４を参照して説明する。
図１に示す自動車用の内燃機関１０の始動装置１１Ａは、始動用電動機（スタータモータ）１２と、始動用電動機１２の出力軸１３に取付けたピニオンギア１４と、ピニオンギア１４に常時噛合うリングギア１５などを備えている。ピニオンギア１４とリングギア１５とは、それぞれ、後述するはすば歯車（ヘリカルギア）により形成されている。
【００１０】
内燃機関１０のクランク軸２０にフライホィール２１がボルト２２によって締結され、クランク軸２０とフライホィール２１とが互いに一体化して同一方向に回転するようになっている。前記リングギア１５は、フライホィール２１に設けたベアリング２３によって、クランク軸２０の軸回りに回転可能に支持されている。
【００１１】
また、リングギア１５とクランク軸２０との間に、始動用電動機１２側から内燃機関１０側（クランク軸２０）への駆動力の伝達のみを許容するワンウェイクラッチ３０が設けられている。図１に示す参考例の場合、ワンウェイクラッチ３０はリングギア１５とフライホィール２１との間に内蔵されている。フライホィール２１にはマニュアルトランスミッションのクラッチ機構３１が付随している。なお、オートマチックトランスミッションの場合、クラッチ機構３１に代ってクランク軸２０と一体に回転するトルクコンバータが付随し、リングギア１５はトルクコンバータに設けられている。
【００１２】
ピニオンギア１４は、図２〜図４に示すようなシザースギア機構４０を備えたはすば歯車によって構成されている。シザースギア機構４０は、メインギア４１とサブギア４２とトルクばね４３等を備えて構成され、ナット４４によって出力軸１３に取付けられている。サブギア４２は、トルクばね４３の反発荷重によって、メインギア４１に対して周方向に位置がずれるように付勢され、これらメインギア４１とサブギア４２の歯がそれぞれリングギア１５の歯を挟み込むことにより、ギア１４，１５間のバックラッシュを解消するようにしている。
【００１３】
次に、上記構成の始動装置１１Ａの作用について説明する。
この始動装置１１Ａは、ピニオンギア１４とリングギア１５とが常時噛合している。内燃機関１０を始動させるために始動用電動機１２に電流を流して出力軸１３を回転させると、その駆動力は、ピニオンギア１４とリングギア１５を介してワンウェイクラッチ３０に伝達される。
【００１４】
このように始動用電動機１２からクランク軸２０の方向に駆動力が伝わるときには、ワンウェイクラッチ３０がつながるため、リングギア１５の回転がワンウェイクラッチ３０を介してフライホィール２１に伝わり、フライホィール２１と一体にクランク軸２０が回転することにより、内燃機関１０のクランクキングがなされる。始動完了後に始動用電動機１２を止めると、始動時とは逆に、駆動力がクランク軸２０側からワンウェイクラッチ３０に入力する。この方向の入力に対してはワンウェイクラッチ３０が空転するため、クランク軸２０の駆動力はリングギア１５に伝わらず、従ってピニオンギア１４や始動用電動機１２に駆動力が伝わることが回避される。
【００１５】
この参考例のピニオンギア１４とリングギア１５は、シザースギア機構４０を備えたはすば歯車からなるため、ギア１４，１５間の噛合い率がきわめて高くかつ、実質的にバックラッシュが生じないことにより、低振動・低騒音で回転することができる。なお、コスト的に許されればリングギア１５側にシザースギア機構を採用してもよい。  
【００１６】
また、図５に示す第２の参考例のように、始動用電動機の出力軸１３とピニオンギア１４との間にワンウェイクラッチ４５を介在させることによって、始動用電動機側から内燃機関側への駆動力の伝達のみを許容し、逆方向からの入力に対してはピニオンギア１４が空転することにより、出力軸１３が連れ回りしないように構成してもよい。
【００１７】
次に図６〜図８を参照してこの発明の第１の実施形態の始動装置１１Ｂについて説明する。なお、前記第１の参考例の始動装置１１Ａと共通する個所には共通符号を付して説明は省略する。
【００１８】
この実施形態の始動装置１１Ｂのピニオンギア１４は嵌脱式であり、始動用電動機５０に内蔵された電磁コイルとプランジャ（図示せず）等によって、リングギア１５に噛合う方向とリングギア１５から離脱する方向（矢印Ａで示す）に移動可能としている。ピニオンギア１４は、第１の参考例と同様にシザースギア機構４０を備えたはすば歯車によって形成されている。リングギア１５はピニオンギア１４と噛合可能なはすば歯車によって形成されている。
【００１９】
この実施形態のピニオンギア１４は、始動用電動機５０に電流が供給されたときにリングギア１５に向かって突出することによってリングギア１５と噛合うようになっている。
【００２０】
そしてこの実施形態のピニオンギア１４は、リングギア１５に対する嵌脱を容易にするために、図７に模式的に示すように、歯幅方向でリングギア１５側に向かうに従いピニオンギア１４の回転方向へ傾斜した歯を有するはすば歯車により構成されている。さらにこのピニオンギア１４のメインギア４１には、リングギア１５に対する挿入を円滑にするためにテーパ面５１が形成されている。
【００２１】
また、リングギア１５とサブギア４２の互いに対向する端面には、ピニオンギア１４がリングギア１５に噛合いやすくするため、及び噛合時の歯欠け防止のためにテーパ面５２，５３が形成されている。これらテーパ面５２，５３は、互いの噛合性を考慮すると、駆動方向に対し、先端面とのなす角度θ（図７および図１０に示す）がほぼ９０°となるように各テーパ面５２，５３を形成することが好ましい。この角度θが鋭角になると、噛合時に歯欠けを生じやすくなる。
【００２２】
次に、上記始動装置１１Ｂの作用について説明する。
始動時にピニオンギア１４がリングギア１５に向かって突出すると、図７に示すように駆動力Ｆ１がピニオンギア１４側からリングギア１５に入力するため、はすば歯車どうしの傾斜した接触面５５に生じるスラスト力Ｆ２が、これらのギア１４，１５をさらに噛合わせる方向に作用する。このため、ピニオンギア１４がリングギア１５に噛合いやすくなる。
【００２３】
そして始動用電動機５０の出力軸１３が回転することにより、出力軸１３の駆動力がリングギア１５を介して内燃機関１０のクランク軸２０に伝達され、クランキングがなされて内燃機関１０が始動する。
【００２４】
また、始動完了後にピニオンギア１４がリングギア１５から離脱する際には、図８に示すように駆動力がリングギア１５側からピニオンギア１４に入力されるため、はすば歯車どうしの傾斜した接触面５５に生じるスラスト力Ｆ３が、ピニオンギア１４をリングギア１５から離脱させる方向に作用する。このため、始動完了後はピニオンギア１４がリングギア１５から容易に離れる。
【００２５】
なお、図９に示す比較例は、ピニオンギア１４′とリングギア１５′のはすば歯車の歯の傾斜方向が前記実施形態（図７，８）と逆の場合を示している。このような比較例（図９）では、始動時にピニオンギア１４′側から駆動力Ｆ１が入力することにより、はすば歯車どうしの傾斜した接触面５５′に生じるスラスト力Ｆ４がピニオンギア１４′をリングギア１５′から押し出す方向に作用する。このためピニオンギア１４′がリングギア１５′に噛合いにくくなる。しかも始動後にはリングギア１５′側から駆動力が入力することにより、スラスト力がギア１４′，１５′の噛合いを保持する方向に作用するため、ピニオンギア１４′がリングギア１５′から離脱しにくくなる。
【００２６】
なお、図１０に示す第２の実施形態のピニオンギア１４のシザースギア機構４０のように、リングギア１５と対向する側にメインギア４１を位置させ、始動時にメインギア４１が先にリングギア１５に嵌合してからサブギア４２がリングギア１５に噛合うように構成してもよい。この場合、サブギア４２にはリングギア１５に対する挿入を容易にするためにテーパ面６０が形成されている。それ以外の構成と作用は第１の実施形態と同様であるから、第１の実施形態と共通する個所に共通符号を付して説明は省略する。
【００２７】
なお、この発明を実施するに当たって、ピニオンギアをはじめとして、始動用電動機やリングギア、ワンウェイクラッチなど、この発明を構成する各要素をそれぞれ適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に記載した始動装置によれば、嵌脱式のピニオンギアを用いた場合に、はすば歯車からなるピニオンギアがリングギアに容易に噛合うことができ、始動後はピニオンギアがリングギアから容易に離脱することができる。本発明では、前記ピニオンギアとリングギアがシザースギア機構を備えたはすば歯車からなるため、ギア間の噛合い率がきわめて高くかつ、実質的にバックラッシュが生じないことにより、低振動・低騒音で回転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の参考例の始動装置を一部断面で示す側面図。
【図２】  図１に示された始動装置に使われるシザースギア機構を備えたピニオンギアの断面図。
【図３】  図２に示されたピニオンギアの斜視図。
【図４】  図２に示されたピニオンギアの分解斜視図。
【図５】  第２の参考例を示すワンウェイクラッチを備えたピニオンギアを一部断面で示す側面図。
【図６】  本発明の第１の実施形態を示す始動装置の側面図。
【図７】  図６に示されたピニオンギアがリングギアに噛合う際の歯の移動経路を示す概略図。
【図８】  図６に示されたピニオンギアがリングギアから離れる際の歯の移動経路を示す概略図。
【図９】  比較例のピニオンギアがリングギアに噛合う際に生じるスラスト力を示す概略図。
【図１０】  本発明の第２の実施形態を示すピニオンギアがリングギアに噛合う際の歯の移動経路を示す概略図。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１１Ａ，１１Ｂ…始動装置
１２…始動用電動機
１３…出力軸
１４…ピニオンギア
１５…リングギア
２０…クランク軸
３０，４５…ワンウェイクラッチ
５０…始動用電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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