JP2009041505A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】逆転防止用クラッチ９の係合性を向上させることにより、同クラッチ９の信頼性を高めることができるスタータ１を提供する。
【解決手段】スタータ１は、電機子２の逆回転を防止する逆転防止用クラッチ９を搭載している。このクラッチ９は、電機子軸１０の反ギヤ側である一端側端部の一部がクラッチインナとして使用される。これにより、クラッチインナと減速機５のサンギヤ２３とを軸方向に離して設けることができるので、サンギヤ２３の製造を冷鍛加工によって従来通り行うことができ、且つ、クラッチインナの加工も容易にできる。また、逆回転が伝達されるトルク伝達経路の最後にクラッチ９を配置しているので、同クラッチ９に伝わる逆回転の入力速度を遅くできる。その結果、逆転防止用クラッチ９の係合性が高まり、同クラッチ９の信頼性を向上させることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン側のリングギヤにピニオンギヤが常時噛み合わされ、且つ、モータの電機子がエンジン駆動時と逆方向に回転することを防止するための逆転防止用クラッチを備えたスタータに関する。

従来、スタータのピニオンギヤがエンジン側のリングギヤに常時噛み合っている常時噛み合い式スタータが知られている（特許文献１参照）。この常時噛み合い式スタータでは、エンジン始動後、ピニオンギヤがリングギヤから離脱することはなく、常時噛み合っているので、エンジンが停止する前の再始動も可能である。
ところが、常時噛み合い式スタータでは、例えば、エンジンが停止する際に生じるクランク軸の揺動、あるいは、登板路でのエンストにより車両が後退する時等にエンジンが逆回転すると、その逆回転がリングギヤからピニオンギヤに伝達されるため、エンジン駆動時とは逆方向の回転が出力軸に伝わる。その結果、リングギヤとピニオンギヤとのギヤ比を乗じた回転数（減速機を有するスタータでは、更に減速比を乗じた回転数）でモータの電機子が回されるため、ブラシ寿命の低下や、遠心力によって電機子が破損すること等が懸念される。

そこで、本出願人は、電機子がエンジン駆動時と逆方向に回転することを防止する逆転防止用クラッチを備えたスタータを提案している（特許文献２参照）。
この逆転防止用クラッチは、電機子軸に設けられたクラッチインナと、このクラッチインナとの間にくさび状のカム室を形成し、且つ、ハウジング等に回転不能に固定されたクラッチアウタと、カム室に配設されるローラ等より構成され、エンジン駆動時には、ローラが空転して電機子軸の回転を許容し、エンジンの逆回転が電機子軸に伝達されると、ローラがカム室の狭小方向に移動して、クラッチインナとクラッチアウタとの間にロックされることにより、電機子の逆回転を阻止する。
特開２００４−２２５５４４号公報 特開２００６−２２６１４６号公報

ところで、エンジンからスタータへ入力される逆回転は、エンジン側のリングギヤからピニオンギヤ→出力軸→内部減速機→電機子軸へと伝達される。ここで、電機子軸に伝達される逆回転は、リングギヤとピニオンギヤとのギヤ比に応じて増速され、更に、内部減速機の減速比に応じて増速されるため、非常に速度が速くなっている。
この速い速度の入力に対し、逆転防止用クラッチを正常に係合させる（クラッチインナとクラッチアウタとの間にローラをロックさせる）には、カム室の形状、クラッチに使用されるグリスの選定、繰り返しの使用によるローラとクラッチインナの摩耗、およびグリスの劣化等に十分配慮しなければならない。言い換えると、電機子軸に伝達される速度を少しでも遅くできれば、クラッチを良好に係合させることができ、クラッチの信頼性を向上させることが可能である。

また、上記の特許文献２に記載されたスタータは、逆転防止用クラッチが電機子と内部減速機（遊星歯車減速機）との間に配置され、サンギヤとクラッチインナとが軸方向に隣接して電機子軸に設けられている。一般に、電機子軸に設けられるサンギヤは、冷鍛加工によって製造されるが、サンギヤとクラッチインナとを一連の冷鍛加工によって製造することは極めて困難である。
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、逆転防止用クラッチの係合性を高めることにより、同クラッチの信頼性を向上させることができ、且つ、クラッチインナの加工を容易にできるスタータを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、電機子軸の一端側端部が軸受を介してエンドフレームに支持される電機子を内蔵し、この電機子に通電されて回転力を発生するモータと、電機子軸の他端側に設けられるサンギヤを中心に構成され、前記電機子の回転を減速する遊星歯車減速機と、この減速機を介して電機子の回転が伝達される出力軸と、この出力軸の外周に配置されてエンジン側のリングギヤに常時噛み合い、モータが発生する駆動トルクをリングギヤに伝達するピニオンギヤと、エンジンに発生する逆回転がリングギヤからピニオンギヤに入力されて電機子軸に伝達された時に、電機子の逆回転を防止する逆転防止用クラッチとを備えるスタータであって、逆転防止用クラッチは、電機子軸の一端側軸上に配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、エンジンに発生する逆回転がスタータに入力された時に、その逆回転が伝達されるトルク伝達経路の最後に逆転防止用クラッチが配置されている。この場合、トルク伝達経路に電機子軸のねじり剛性が加わるため、逆転防止用クラッチを電機子と減速機との間に配置する従来のスタータと比較して、逆転防止用クラッチに伝わる逆回転の入力速度を遅くできる。その結果、逆転防止用クラッチの係合性が高まり、同クラッチの信頼性を向上させることが可能である。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、逆転防止用クラッチは、電機子軸と一体に設けられるクラッチインナと、このクラッチインナの外周に配置されて回転不能に設けられるクラッチアウタと、クラッチインナとクラッチアウタとの間に配設されるクラッチ部材とを有し、電機子に回転力が発生する時に、クラッチ部材が空転して電機子の回転を許容し、エンジンに発生する逆回転が電機子軸に伝達された時に、クラッチ部材がクラッチアウタとクラッチインナの両方に係合して電機子の逆回転を防止することを特徴とする。
本発明のスタータは、逆転防止用クラッチを電機子軸の一端側軸上に配置しているので、クラッチインナと減速機のサンギヤとを軸方向に離して設けることができる。これにより、サンギヤの製造を冷鍛加工によって従来通り行うことができ、且つ、クラッチインナの加工も容易にできる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載したスタータにおいて、電機子軸は、軸受に支持される部位の外径とクラッチインナの外径とが同一寸法であることを特徴とする。
軸受に支持される部位とクラッチインナとして使用される部位との間に段差を設ける必要はなく、電機子軸の一端側端部を同一寸法で仕上げることができるので、加工（冷鍛加工、研磨加工等）が容易であり、且つ、コスト的にも有利である。

（請求項４の発明）
請求項２または３に記載した何れかのスタータにおいて、クラッチアウタは、エンドフレームに回転不能に固定されていることを特徴とする。
逆転防止用クラッチを電機子軸の一端側軸上に配置することにより、既存のエンドフレームを利用してクラッチアウタを回転不能に固定できるので、クラッチアウタを固定するための余分な部品を追加する必要はない。

（請求項５の発明）
請求項２〜４に記載した何れかのスタータにおいて、電機子軸の一端側端部を支持する軸受は、クラッチインナの軸方向両側に配置されることを特徴とする。
クラッチインナの軸方向両側に軸受を配置することにより、逆転防止用クラッチの作動を安定できるので、同クラッチの信頼性を更に向上できる。

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。

図１はスタータ１の半断面図である。
実施例１に示すスタータ１は、内蔵する電機子２に通電されて回転力を発生するモータ３と、バッテリ（図示せず）から電機子２に通電するためのモータ回路に設けられるメイン接点（後述する）を開閉する電磁リレー４と、モータ３の回転を減速する減速機５と、この減速機５を介してモータ３の駆動トルクが伝達される出力軸６と、この出力軸６の外周に軸受７を介して嵌合するピニオンギヤ８と、電機子２の逆回転を防止する逆転防止用クラッチ９等より構成される。このスタータ１は、エンジンの停止および再始動を自動制御するエンジン自動停止／再始動システム（アイドルストップ、エコランシステム等とも呼ばれる）に用いることができる。

モータ３は、電機子２の回転を出力する電機子軸１０の一端側（図示右側）に整流子１１が設けられ、この整流子１１の外周に摺接するブラシ１２を介して電機子２に通電される周知の整流子電動機である。電機子軸１０は、整流子１１より突き出る一端側の端部が、軸受１３を介してエンドフレーム１４の軸受部１４ａに回転自在に支持され、反整流子側（他端側）の端部が、出力軸６に形成された空洞部の内周に軸受１５を介して相対回転可能に挿入されている。
エンドフレーム１４は、磁気回路を形成するヨーク１６のエンド側開口部に嵌合して組み付けられ、図示しないスルーボルトをハウジング１７に締め付けて固定されている。

電磁リレー４は、電磁コイル（図示せず）とプランジャ（図示せず）を内蔵するソレノイド１８と、このソレノイド１８に組み付けられる接点カバー１９とを有し、この接点カバー１９の内部にメイン接点が配置される。
ソレノイド１８は、電磁コイルへの通電により電磁石を形成してプランジャを吸引する働きを有し、このプランジャの動きに連動してメイン接点を閉操作する。また、電磁コイルへの通電が停止して電磁石の吸引力が消滅すると、図示しないリターンスプリングの反力によりプランジャが押し戻されてメイン接点を開操作する。

メイン接点は、Ｂ端子ボルト２０を介してモータ回路の高電位側（バッテリ側）に接続されるＢ固定接点（図示せず）と、Ｍ端子ボルト２１を介してモータ回路の低電位側（モータ側）に接続されるＭ固定接点（図示せず）と、プランジャと一体に可動して両固定接点間を断続する可動接点（図示せず）とで形成され、この可動接点が両固定接点に当接して両固定接点間が導通することによりメイン接点が閉状態となり、可動接点が両固定接点から離れて両固定接点間の導通が遮断されることによりメイン接点が開状態となる。
Ｂ端子ボルト２０とＭ端子ボルト２１は、それぞれ、電磁リレー４の接点カバー１９に固定され、この接点カバー１９より軸方向に突き出るＢ端子ボルト２０の先端側にバッテリケーブル（図示せず）のターミナルが接続され、同様に、接点カバー１９より軸方向に突き出るＭ端子ボルト２１の先端側にモータリード線２２のターミナルが接続される。

減速機５は、電機子軸１０と同軸上で減速できる周知の遊星歯車減速機であり、電機子軸１０の他端側に形成されたサンギヤ２３と、このサンギヤ２３と同心に配置され、且つ、下述のトルクリミッタを介して回転規制されるインターナルギヤ２４と、両歯車２３、２４に噛み合う複数の遊星ギヤ２５とで構成され、この遊星ギヤ２５の公転運動が出力軸６に伝達される。
トルクリミッタは、摩擦力によって回転規制される回転ディスク２６を有し、この回転ディスク２６の滑りトルクを超える過大トルクがインターナルギヤ２４に加わると、回転ディスク２６が摩擦力に抗して滑る（回転する）ことにより、インターナルギヤ２４の回転が許容されて、過大トルクを吸収する。

出力軸６は、電機子軸１０と同一軸線上に配置されて、他端側の端部が軸受２７を介してハウジング１７に回転自在に支持され、一端側の端部が減速機５に連結されている。
ピニオンギヤ８は、エンジン側のリングギヤ２８に常時噛み合わされ、且つ、以下に説明する衝撃吸収装置を介して出力軸６に連結されている。
衝撃吸収装置は、ピニオンギヤ８と一体に設けられた円筒部８ａの外周にセレーション嵌合する前側ケース２９と、出力軸６の外周にセレーション嵌合する後側ケース３０と、両ケース２９、３０の間に相対回転可能に配置される中間ケース３１と、前側ケース２９と中間ケース３１との間および中間ケース３１と後側ケース３０との間に、それぞれ複数個（本実施例では３個）ずつ配置されるゴム等の緩衝部材３２等より構成される。この衝撃吸収装置は、大きな慣性エネルギを有するエンジンを始動する際に、スタータ１に伝わる衝撃トルクを緩衝部材３２が圧縮変形することによって吸収する働きを有する。

次に、逆転防止用クラッチ（以下クラッチ９と略す）について説明する。
本実施例のクラッチ９は、図２に示す様に、電機子軸１０の一端側軸上に構成され、その電機子軸１０と一体に設けられるクラッチインナ３３と、このクラッチインナ３３の外周に配置されるクラッチアウタ３４と、クラッチインナ３３とクラッチアウタ３４との間でトルクの伝達を断続するローラ３５等より構成される。
クラッチインナ３３は、軸受１３に支持される電機子軸１０の一端側端部に設けられている。つまり、電機子軸１０の一端側端部の一部がクラッチインナ３３として使用される。なお、電機子軸１０の一端側端部は、軸受１３に支持される部位と、クラッチインナ３３として使用される部位との間に段差は無く、両者の外径が同一寸法に設けられている。また、軸受１３は、クラッチインナ３３の軸方向両側に配置されている。

クラッチアウタ３４は、エンドフレーム１４に設けられる軸受部１４ａの内周に圧入等により回転不能に固定され、図３に示す様に、クラッチインナ３３との間にカム室３６を形成している。カム室３６は、クラッチインナ３３の外周面との間に形成される隙間が、周方向の一方側（図示右側）から他方側へ向かって次第に狭くなるくさび状に形成され、且つ、周方向の一方側では、ローラ３５の外径より大きく形成され、周方向の他方側では、ローラ３５の外径より小さく形成されている。
ローラ３５は、カム室３６に配設され、スプリング３７によってカム室３６の狭小方向（図示左方向）へ付勢されている。

上記のクラッチ９は、電機子２がエンジン駆動時と逆方向に回転することを防止する働きを有する。つまり、スタータ１によりエンジンを駆動する時は、電機子２に発生する回転力を受けて、ローラ３５がカム室３６の一方側（広大方向）に移動して空転することにより、電機子軸１０の回転を許容する。一方、エンジン駆動時と逆方向の回転がエンジン側より電機子軸１０に伝達された時は、ローラ３５がカム室３６の他方側（狭小方向）に移動して、クラッチアウタ３４とクラッチインナ３３との間にロックされることにより、電機子軸１０の回転が阻止される。その結果、電機子２がエンジン駆動時と逆方向に回転することを防止する。

次に、スタータ１の作動を説明する。
電磁リレー４によりモータ回路のメイン接点が閉操作されると、バッテリから電機子２に通電されて、電機子２に回転力が発生する。この電機子２の回転力は、クラッチ９によって規制されることはなく、減速機５で増幅されて出力軸６に伝達され、更に、ピニオンギヤ８からリングギヤ２８に伝達されてエンジンをクランキングする。
エンジンが完爆してエンジン回転数がスタータ回転数を上回ると、例えば、リングギヤ２８に内蔵された一方向クラッチ（図示せず）が空転して、エンジンのクランク軸からリングギヤ２８が切り離されるため、エンジンの回転がピニオンギヤ８に伝達されることはなく、電機子２のオーバランを防止できる。

エンジン始動後、電磁リレー４によりモータ回路のメイン接点が開操作されると、バッテリから電機子２への通電が停止され、電機子２の回転が次第に減速して停止する。
ところで、本実施例のスタータ１は、ピニオンギヤ８が常時リングギヤ２８に噛み合っているため、エンジンが停止する際に生じるクランク軸の揺動や、登板路のエンストで車両が後退する時等にエンジンが逆回転すると、その逆回転がリングギヤ２８からピニオンギヤ８に伝達され、更に、ピニオンギヤ８から出力軸６→減速機５→電機子軸１０へと伝達される。この時、電機子軸１０がエンジン駆動時とは逆方向に回転しようとすると、ローラ３５がカム室３６の狭小方向へ移動してクラッチアウタ３４とクラッチインナ３３との間にロックされることにより、電機子２の逆回転が阻止される。

（実施例１の効果）
本実施例のスタータ１は、電機子軸１０の反ギヤ側である一端側軸上にクラッチ９を配置しているので、クラッチインナ３３と減速機５のサンギヤ２３とを軸方向に離して設けることができる。これにより、サンギヤ２３の製造を冷鍛加工によって従来通り行うことができ、且つ、クラッチインナ３３の加工も容易にできる。また、電機子軸１０の一端側端部は、軸受１３に支持される部位とクラッチインナ３３として使用される部位との間に段差がなく、両者の外径が同一寸法であるため、電機子軸１０の加工（冷鍛加工、研磨加工等）が容易であり、コスト的にも有利である。

また、本実施例のスタータ１は、エンジンに発生する逆回転が入力された時に、その逆回転が伝達されるトルク伝達経路の最後にクラッチ９が配置されている。この場合、トルク伝達経路に電機子軸１０のねじり剛性が加わるため、クラッチ９を電機子２と減速機５との間に配置する従来のスタータと比較して、クラッチ９に伝わる逆回転の入力速度を遅くできる。その結果、クラッチ９の係合性が高まり、同クラッチ９の信頼性を向上させることが可能である。

さらに、クラッチ９を電機子軸１０の一端側軸上に配置することにより、既存のエンドフレーム１４を利用してクラッチアウタ３４を回転不能に固定できるので、クラッチアウタ３４を固定するための余分な部品を追加する必要はない。
また、クラッチインナ３３の軸方向両側に軸受１３を配置することにより、クラッチの作動を安定でき、同クラッチ９の信頼性を更に向上できる。
なお、クラッチ９の構成は、実施例１に記載したローラクラッチ以外に、例えば、カムクラッチ、スプラグクラッチを使用することもできる。

スタータの半断面図である。 電機子軸の一端側軸上に逆転防止用クラッチを配置した断面図である。 逆転防止用クラッチの構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１ スタータ
２ 電機子
３ モータ
５ 減速機
６ 出力軸
８ ピニオンギヤ
９ 逆転防止用クラッチ
１０ 電機子軸
１３ 軸受
１４ エンドフレーム
２８ リングギヤ
３３ クラッチインナ
３４ クラッチアウタ
３５ ローラ（クラッチ部材）

Claims (5)

1. 電機子軸の一端側端部が軸受を介してエンドフレームに支持される電機子を内蔵し、この電機子に通電されて回転力を発生するモータと、
   前記電機子軸の他端側に設けられるサンギヤを中心に構成され、前記電機子の回転を減速する遊星歯車減速機と、
   この減速機を介して前記電機子の回転が伝達される出力軸と、
   この出力軸の外周に配置されてエンジン側のリングギヤに常時噛み合い、前記モータが発生する駆動トルクを前記リングギヤに伝達するピニオンギヤと、
   エンジンに発生する逆回転が前記リングギヤから前記ピニオンギヤに入力されて前記電機子軸に伝達された時に、前記電機子軸の逆回転を防止する逆転防止用クラッチとを備えるスタータであって、
   前記逆転防止用クラッチは、前記電機子軸の一端側軸上に配置されていることを特徴とするスタータ。
2. 請求項１に記載したスタータにおいて、
   前記逆転防止用クラッチは、前記電機子軸と一体に設けられるクラッチインナと、このクラッチインナの外周に配置されて回転不能に設けられるクラッチアウタと、前記クラッチインナと前記クラッチアウタとの間に配設されるクラッチ部材とを有し、前記電機子に回転力が発生する時に、前記クラッチ部材が空転して前記電機子の回転を許容し、エンジンに発生する逆回転が前記電機子軸に伝達された時に、前記クラッチ部材が前記クラッチアウタと前記クラッチインナの両方に係合して前記電機子の逆回転を防止することを特徴とするスタータ。
3. 請求項２に記載したスタータにおいて、
   前記電機子軸は、前記軸受に支持される部位の外径と前記クラッチインナの外径とが同一寸法であることを特徴とするスタータ。
4. 請求項２または３に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記クラッチアウタは、前記エンドフレームに回転不能に固定されていることを特徴とするスタータ。
5. 請求項２〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記電機子軸の一端側端部を支持する前記軸受は、前記クラッチインナの軸方向両側に配置されることを特徴とするスタータ。

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