JP2013083165A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】インナ５２とローラ５３との当接状態を改善することで、クラッチ５の寿命を向上できるスタータ１を提供する。
【解決手段】クラッチ５のアウタ５１は、冷鍛加工によって製造され、カム室のカム底側である軸方向の反ピニオン側からピニオン側に向かってカム室の内径が次第に大きくなるテーパ状の抜き勾配が設けられている。一方、クラッチ５のインナ５２は、軸方向のピニオン側から反ピニオン側へ向かって次第に外周面が縮径するテーパ状に形成されている。つまり、カム面５１ａの傾きに対してインナ５２の外周面の傾きが同方向に形成されるので、カム面５１ａのテーパ形状によって生じるローラ５３とインナ５２とのクリアランスを小さくできる。その結果、トルク伝達を行う際に、ピニオンチューブ４の傾き、すなわち、ローラ５３に対するインナ５２の傾きを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力軸の外周に嵌合するピニオンチューブをクラッチと一体に反モータ方向へ押し出して、ピニオンチューブの反モータ側の端部に支持さ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。

従来、片持ち支持構造と呼ばれるスタータが特許文献１に記載されている。
このスタータは、図５に示す様に、モータ（図示せず）に駆動される出力軸１００と、この出力軸１００の外周に軸受（すべり軸受）１１０を介して嵌合するピニオンチューブ１２０と、出力軸１００の回転をピニオンチューブ１２０に伝達するローラ式の一方向クラッチ１３０と、ピニオンチューブ１２０の軸方向反モータ側（図示左側）の端部に直スプライン嵌合するピニオン１４０と、クラッチ１３０とピニオン１４０との間に配置される軸受１５０を介してピニオンチューブ１２０を支持するハウジング１６０等より構成され、図示しない電磁スイッチの作動により、出力軸１００に対しピニオンチューブ１２０をクラッチ１３０と一体に反モータ方向（図示左方向）へ押し出して、ピニオン１４０をエンジンのリングギヤ（図示せず）に噛み合わせる方式である。

特開２００２−１８０９３６号公報

上記のクラッチ１３０において、カム室を有するアウタ１３１を冷鍛加工によって製造する場合は、カム室の内周面（カム面と呼ぶ）に抜き勾配が設けられる。この抜き勾配は、図６に示す様に、カム底側である軸方向の反ピニオン側（図示右側）からピニオン側に向かってカム室の内径が次第に大きくなるテーパ状に形成されている（テーパ角度θ１）。また、図５に示す片持ち支持構造のスタータは、軸受１５０より反モータ側に突き出るピニオンチューブ１２０の先端部（反モータ側の端部）にピニオン１４０が組み付けられている。言い換えると、ピニオン１４０より反モータ側に軸受を有していないため、出力軸の先端が軸受によって支持される両持ち支持構造のスタータと比較して、トルク伝達の際にピニオンチューブ１２０が傾き易くなる。

このため、図７に示す様に、ピニオンチューブ１２０と一体に設けられるインナ１３２がローラ１３３に対して傾くと、インナ１３２とローラ１３３との接触長さが短くなり、図中に丸で囲ったカム底側のみでインナ１３２とローラ１３３とが当接する。この場合、インナ１３２の面圧が上昇して過大な負荷を受けることにより、クラッチ１３０の寿命が短くなる恐れがある。これに対し、ピニオンチューブ１２０の傾きを抑制するためには、下記ａ）〜ｃ）の方法が考えられる。
ａ）ピニオンチューブ１２０の内周に圧入される軸受１１０と出力軸１００とのクリアランスを小さくする。
ｂ）軸受間のスパン（一方の軸受１１０と他方の軸受１１０との間隔）を長くする。
ｃ）カム面のテーパ形状を切削加工によって取り除く。

しかし、ａ）の方法は、軸受１１０と出力軸１００との摺動面の潤滑油が少なくなるため、ピニオンチューブ１２０の摺動および出力軸１００との相対回転の阻害、摺動面の発熱といった懸念点があることから限界がある。
ｂ）の方法は、スタータの全長が長くなり、重量の増加、搭載性の悪化を招く。
ｃ）の方法は、カム面が円筒形状ではなく複雑な形状を有しているため、カム面のテーパ形状を切削によって除去するには、生産性およびコストの面において適当ではない。

ところで、近年、車両が一時停止した際にエンジンを自動的に停止させるアイドリングストップシステム（以下ＩＳＳと呼ぶ）を搭載した車両が増加している。このＩＳＳを搭載する車両は、エンジンの始動回数が大幅に増加するため、エンジンの始動を行うスタータの作動回数も大幅に増加する。このため、スタータの寿命向上が求められており、クラッチの寿命が低下することは、解決すべき重要な課題となっている。
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、インナとローラとの当接状態を改善することで、クラッチの寿命を向上できるスタータを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明のスタータは、電力の供給を受けてトルクを発生するモータと、このモータの発生トルクが伝達されて回転する出力軸と、すべり軸受を介して出力軸の外周に嵌合するピニオンチューブと、出力軸の回転をピニオンチューブに伝達するクラッチと、このクラッチより軸方向の反モータ側にフロント軸受を配置し、このフロント軸受を介してピニオンチューブの外周を支持するハウジングと、フロント軸受より軸方向の反モータ側へ突き出るピニオンチューブの端部に設けられてピニオンチューブと一体に回転するピニオンとを備え、ピニオンチューブをクラッチと一体に反モータ方向へ押し出して、ピニオンをエンジンのリングギヤに噛み合わせ、モータの発生トルクをピニオンからリングギヤに伝達してエンジンを始動させる。

上記のクラッチは、出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するスプラインバレルと、このスプラインバレルと一体に設けられ、軸方向のピニオン側が開口して反ピニオン側が閉じたカム室を形成するアウタと、ピニオンチューブの軸方向モータ側の端部と一体に設けられてアウタの径方向内側に配置されるインナと、アウタとインナとの間でカム室に配設されるローラとを有し、アウタは、カム室の内径が軸方向の反ピニオン側からピニオン側へ向かって次第に大きくなるテーパ状に形成され、インナの外周面は、軸方向のピニオン側から反ピニオン側へ向かって次第に縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、カム面（カム室の内周面）のテーパ形状に沿ってインナの外周面にテーパが形成される。つまり、アウタのカム室は、軸方向の反ピニオン側からピニオン側へ向かって次第に内径が大きくなるテーパ状に形成され、インナの外周面は、軸方向のピニオン側から反ピニオン側へ向かって次第に縮径する（外径が次第に小さくなる）テーパ状に形成されるので、カム面のテーパ形状によって生じるローラとインナとのクリアランスを小さくできる。これにより、ピニオンがリングギヤに噛み合ってトルク伝達を行う際に、ピニオンチューブの傾き、すなわち、ローラに対するインナの傾きを抑制できる。
また、インナの外周面をテーパ状に形成することで、インナが傾いた状態においても、ローラとインナとがカム底側のみで接触することを抑制でき、インナとローラとの接触長さを保つことができる。これにより、インナの面圧の上昇を抑制できるので、クラッチの寿命を向上できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、クラッチの中心線に対するカム室の内周面の傾斜角度をテーパ角度θ１と定義し、クラッチの中心線に対するインナの外周面の傾斜角度をテーパ角度θ２と定義した時に、テーパ角度θ１＝テーパ角度θ２であることを特徴とする。
上記の構成では、カム室の内周面の傾斜角度（テーパ角度θ１）と、インナの外周面の傾斜角度（テーパ角度θ２）とが等しいので、カム面のテーパ形状によって生じるローラとインナとのクリアランスを最小にできる。つまり、インナの軸方向全幅においてローラとのクリアランスを最も小さくできる。これにより、トルク伝達時にインナの傾きを抑制でき、且つ、インナとローラとの接触長さをより長く確保できるので、インナの面圧の上昇を抑制でき、クラッチの寿命向上を図ることできる。

（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、すべり軸受は、軸方向に所定の距離を隔てて配置される第１のすべり軸受と第２のすべり軸受とを有することを特徴とする。
本発明では、インナの外周面をテーパ状に形成することで、トルク伝達の際にピニオンチューブの傾きを抑制できるので、第１のすべり軸受と第２のすべり軸受との間隔を短く設定することが可能である。その結果、スタータの軸長を短縮でき、重量低減および搭載性の向上を図ることができる。

実施例１に係るスタータの一部断面を含む全体側面図である。 実施例１に係るクラッチの断面図である。 実施例２に係るクラッチの断面図である。 実施例２に係るクラッチの断面図である。 従来技術に係る片持ち支持構造のスタータを示す一部断面図である。 従来技術に係るクラッチの断面図である。 従来技術の課題を説明するクラッチの断面図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１のスタータ１は、図１に示す様に、電力の供給を受けてトルクを発生するモータ２と、このモータ２に駆動されて回転する出力軸３と、この出力軸３の外周にスプライン嵌合するピニオンチューブ４と、出力軸３の回転をピニオンチューブ４に伝達するクラッチ５と、ピニオンチューブ４の軸方向反モータ側（図示左側）の端部に支持されるピニオン６と、電磁石の吸引力によりシフトレバー７を駆動して、ピニオンチューブ４をクラッチ５と一体に出力軸５に対して反モータ方向（図示左方向）へ押し出す働きを有すると共に、後述するメイン接点を開閉してモータ２の通電電流を断続する電磁スイッチ８等より構成される。

モータ２は、フレームを兼ねるヨーク２ａの内周に永久磁石または界磁コイルを配置して構成される界磁と、この界磁の内周に回転自在に配置される電機子と、この電機子に設けられる整流子の外周上を摺動するブラシ等を備える直流整流子モータであり、電磁スイッチ８の作動によりメイン接点が閉成して電機子に通電されると、界磁との相互作用により電機子にトルクを発生する。
出力軸３は、図示しない減速装置（例えば遊星歯車減速機）を介してモータ２の電機子軸と同一軸線上に配置され、減速装置で増幅されたモータ２の発生トルクが伝達されて回転する。

ピニオンチューブ４は、円筒孔の内周に圧入されるすべり軸受９を介して出力軸５の外周に相対回転自在および軸方向に摺動自在に嵌合すると共に、外周面がフロント軸受１０を介してハウジング１１に回転自在および軸方向に摺動自在に支持されている。
なお、すべり軸受９は、軸方向に所定の距離を隔てて配置される第１のすべり軸受９ａと第２のすべり軸受９ｂとを有している。また、図１に示すフロント軸受１０は、ボールベアリングであるが、ボールベアリングに限定するものではなく、例えば、ニードルベアリング、すべり軸受等を使用することもできる。

ピニオン６は、図１に示す様に、ピニオンチューブ４の外周に直スプライン嵌合して組み付けられると共に、ピニオンスプリング１２によってピニオンチューブ４の軸方向反モータ側へ付勢され、ピニオンチューブ４の先端部に取り付けられるピニオンストッパ１３によって軸方向反モータ側への移動が規制されている。
電磁スイッチ８は、励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ソレノイドＳＬと、２本の端子ボルト１４、１５が固定される樹脂カバー１６（図１参照）とを有し、この樹脂カバー１６の内部にメイン接点を配置している。
メイン接点は、２本の端子ボルト１４、１５を介してモータ２の電源ラインに接続される一組の固定接点と、プランジャの動きに連動して一組の固定接点間を電気的に断続する可動接点とで構成される。

クラッチ５は、図２に示す様に、出力軸３の外周にヘリカルスプライン嵌合するスプラインバレル５０と、このスプラインバレル５０と一体に設けられ、内周にくさび状のカム室を形成するアウタ５１と、ピニオンチューブ４の軸方向モータ側の端部と一体に設けられてアウタ５１の径方向内側に配置されるインナ５２と、アウタ５１とインナ５２との間でカム室に配設されるローラ５３と、カム室の狭小方向へローラ５３を付勢するスプリング（図示せず）等より構成される。このクラッチ５は、ローラ５３を介してアウタ５１からインナ５２へ回転トルクを伝達する一方、インナ５２からアウタ５１へのトルク伝達をローラ５３が空転することで遮断する一方向クラッチとして構成されている。

上記のクラッチ５は、カム室を形成するアウタ５１が冷鍛加工によって製造されるため、ローラ５３が当接するカム面５１ａ（カム室の径方向内周面）には、冷鍛加工の抜き勾配が設けられている。なお、アウタ５１は、軸方向のピニオン側（図示左側）が開口して、反ピニオン側がカム底を形成するアウタ壁面５１ｂによって閉じている。アウタ５１の抜き勾配は、カム底側である軸方向の反ピニオン側からピニオン側に向かってカム面５１ａの内径が次第に大きくなるテーパ状に形成され、口開き構造を有している。
一方、インナ５２は、図２に示す様に、軸方向のピニオン側から反ピニオン側へ向かって次第に外周面が縮径する、つまり、インナ５２の外径が次第に小さくなるテーパ状に形成されている。

ここで、クラッチ５の中心線に対するカム面５１ａの傾斜角度をテーパ角度θ１と定義し、クラッチ５の中心線に対するインナ５２の外周面の傾斜角度をテーパ角度θ２と定義すると、テーパ角度θ１とテーパ角度θ２とが等しい値に設定されている。
なお、アウタ５１のカム面５１ａに設けられる実際のテーパ形状は、図２に示すカム底（反ピニオン側）でのカム面５１ａの径方向位置（図中Ａ点）と、開口側端面でのカム面５１ａの径方向位置（図中Ｂ点）との間に数十μｍ程度の寸法差しかないため、図２では、アウタ５１およびインナ５２のテーパ形状を強調して図示している。つまり、図中のθ１、θ２は実際のテーパ角度を表すものではなく、実際のテーパ角度より大きく記載している。

次に、スタータ１の作動を説明する。
ユーザにより始動スイッチが閉操作されると、バッテリより電磁スイッチ８の励磁コイルに通電されて電磁石が形成され、その電磁石に吸引されてプランジャが移動する。このプランジャの動きがシフトレバー７を介してピニオンチューブ４に伝達されることで、ピニオンチューブ４がクラッチ５と一体に反モータ方向へ押し出される。この時、ピニオン６がエンジンのリングギヤ１６と噛み合うことができず、ピニオン６の端面がリングギヤ１６の端面に当接すると、ピニオン６の移動は停止して、ピニオンスプリング１２を押し縮めながらピニオンチューブ４のみ押し出される。

この後、プランジャが更に移動してメイン接点が閉じると、バッテリより電力の供給を受けてモータ２にトルクが発生する。モータ２の発生トルクは、減速装置で増幅されて出力軸３に伝達され、さらに、出力軸３からクラッチ５を介してピニオンチューブ４に伝達される。ピニオンチューブ４の回転により、ピニオン６がリングギヤ１６と噛み合い可能な位置まで回転すると、ピニオンチューブ４が押し出されてピニオン６とリングギヤ１６との噛み合いが成立する。これにより、モータ２の発生トルクがピニオン６からリングギヤ１６に伝達されて、エンジンをクランキングする。

クランキングからエンジンが完爆した後、ユーザにより始動スイッチが開操作されると、励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ため、電磁スイッチ８に内蔵されるリターンスプリング（図示せず）の反力でプランジャが押し戻される。その結果、メイン接点が開いてバッテリからモータ２への通電が停止され、電機子の回転が次第に減速して停止する。
また、プランジャが押し戻されると、エンジン始動時と反対方向にシフトレバー７が揺動してピニオンチューブ４がモータ方向へ戻されることにより、ピニオン６がリングギヤ１６から離脱して、図１に示す停止位置まで後退する。

（実施例１の作用および効果）
実施例１に示すスタータ１は、クラッチ５のアウタ５１が冷鍛加工によって製造されることで、アウタ５１のカム面５１ａに抜き勾配が設けられている。つまり、アウタ５１は、軸方向の反ピニオン側からピニオン側に向かってカム室の内径が次第に大きくなるテーパ状に形成されている。一方、クラッチ５のインナ５２は、軸方向のピニオン側から反ピニオン側へ向かって次第に外周面が縮径するテーパ状に形成されている。つまり、アウタ５１のカム面５１ａの傾きに対し、インナ５２の外周面の傾きが同方向に形成されているので、カム面５１ａのテーパ形状によって生じるローラ５３とインナ５２とのクリアランスを小さくできる。その結果、ピニオン６がリングギヤ１６に噛み合ってトルク伝達を行う際に、ピニオンチューブ４の傾き、すなわち、ローラ５３に対するインナ５２の傾きを抑制できる。

特に、実施例１では、インナ５２のテーパ角度θ２が、アウタ５１のテーパ角度θ１と等しく形成されるので、カム面５１ａのテーパ形状によって生じるローラ５３とインナ５２とのクリアランスを最小にできる。つまり、インナ５２の軸方向全面において、ローラ５３とのクリアランスを最も小さくできる。これにより、トルク伝達時にインナ５２の傾きを抑制でき、且つ、インナ５２とローラ５３との接触長さをより長く確保できる。言い換えると、ローラ５３とインナ５２とがカム底側のみで接触することを防止できるので、インナ５２の面圧の上昇を抑制でき、クラッチ５の寿命向上を図ることできる。
また、インナ５２の外周面をテーパ状に形成することで、トルク伝達の際にインナ５２と共にピニオンチューブ４の傾きを抑制できるので、第１のすべり軸受９ａと第２のすべり軸受９ｂとの間隔を短く設定することが可能である。その結果、スタータ１の軸長を短縮できると共に、重量低減および搭載性の向上を図ることができる。

（実施例２）
実施例１では、インナ５２のテーパ角度θ２をアウタ５１のテーパ角度θ１と等しくする一例を記載したが、図３に示す様に、θ１＜θ２、あるいは、図４に示す様に、θ１＞θ２に設定することもできる。
いずれの場合も、インナ５２の外周面にテーパを設けることで、カム面５１ａのテーパ形状によって生じるローラ５３とインナ５２とのクリアランスを小さくできる。これにより、トルク伝達を行う際に、ピニオンチューブ４の傾き、すなわち、ローラ５３に対するインナ５２の傾きを抑制できる。その結果、ローラ５３とインナ５２とがカム底側のみで接触することを抑制できるので、インナ５２の面圧の上昇を抑制でき、クラッチ５の寿命を向上できる。
また、ピニオンチューブ４の傾きが抑制されることで、すべり軸受９のスパンを短く設定できるので、実施例１と同様、スタータ１の軸長を短縮でき、重量低減および搭載性の向上を図ることができる。

（変形例）
実施例１に記載したスタータ１は、ピニオン６をピニオンチューブ４と別体に設けているが、ピニオン６をピニオンチューブ４と一体に設けた構成でも良い。
実施例１に記載した電磁スイッチ８は、電磁石によって吸引されたプランジャが移動することで、シフトレバー７を駆動すると共に、メイン接点を閉成する構成であるが、シフトレバー７を駆動してピニオンチューブ４を反モータ方向へ押し出す働きと、メイン接点を開閉する働きとを別々のソレノイドで行う構成でも良い。すなわち、シフトレバー７を駆動してピニオンチューブ４を反モータ方向へ押し出すためのピニオン押し出し用ソレノイドと、メイン接点を開閉してモータ２の通電電流を断続するモータ通電用ソレノイドとを備えるタンデム構造の電磁スイッチ８とすることも出来る。

さらに、ピニオン押し出し用ソレノイドとモータ通電用ソレノイドは、両者を共通のフレームに収容して一つの電磁スイッチ８として構成することもできるが、両ソレノイドをそれぞれ専用のフレームに収容して独立した構成とすることもできる。
このタンデム構造の電磁スイッチは、ピニオン押し出し用ソレノイドとモータ通電用ソレノイドの作動をＥＣＵによって独立に制御することが可能であり、アイドリングストップ（ＩＳＳ）を搭載する車両に対して好適に用いることが出来る。

１ スタータ
２ モータ
３ 出力軸
４ ピニオンチューブ
５ クラッチ
６ ピニオン
９ すべり軸受
９ａ 第１のすべり軸受
９ｂ 第２のすべり軸受
１０ フロント軸受
１１ ハウジング
１６ リングギヤ
５０ スプラインバレル
５１ アウタ
５１ａ カム面（カム室の内周面）
５２ インナ
５３ ローラ
θ１ アウタのテーパ角度
θ２ インナのテーパ角度

Claims (3)

1. 電力の供給を受けてトルクを発生するモータと、
   このモータの発生トルクが伝達されて回転する出力軸と、
   すべり軸受を介して前記出力軸の外周に嵌合するピニオンチューブと、
   前記出力軸の回転を前記ピニオンチューブに伝達するクラッチと、
   このクラッチより軸方向の反モータ側にフロント軸受を配置し、このフロント軸受を介して前記ピニオンチューブの外周を支持するハウジングと、
   前記フロント軸受より軸方向の反モータ側へ突き出る前記ピニオンチューブの端部に設けられて前記ピニオンチューブと一体に回転するピニオンとを備え、
   前記ピニオンチューブを前記クラッチと一体に反モータ方向へ押し出して、前記ピニオンをエンジンのリングギヤに噛み合わせ、前記モータの発生トルクを前記ピニオンから前記リングギヤに伝達して前記エンジンを始動させるスタータであって、
   前記クラッチは、前記出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するスプラインバレルと、このスプラインバレルと一体に設けられ、軸方向のピニオン側が開口して反ピニオン側が閉じたカム室を形成するアウタと、前記ピニオンチューブの軸方向モータ側の端部と一体に設けられて前記アウタの径方向内側に配置されるインナと、前記アウタと前記インナとの間で前記カム室に配設されるローラとを有し、
   前記アウタは、前記カム室の内径が軸方向の反ピニオン側からピニオン側へ向かって次第に大きくなるテーパ状に形成され、
   前記インナの外周面は、軸方向のピニオン側から反ピニオン側へ向かって次第に縮径するテーパ状に形成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、
   前記クラッチの中心線に対する前記カム室の内周面の傾斜角度をテーパ角度θ１と定義し、前記クラッチの中心線に対する前記インナの外周面の傾斜角度をテーパ角度θ２と定義した時に、テーパ角度θ１＝テーパ角度θ２であることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１または２に記載したスタータにおいて、
   前記すべり軸受は、軸方向に所定の距離を隔てて配置される第１のすべり軸受と第２のすべり軸受とを有することを特徴とするスタータ。

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