JP3843960B2

JP3843960B2 - スタータ

Info

Publication number: JP3843960B2
Application number: JP2003095880A
Authority: JP
Inventors: 村田　　光広; 正弘森田; 志賀　　孜; 正昇大見
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004301049A; DE602004004935T2; EP1464829B1; EP1464829A1; US20040187615A1; DE602004004935D1; US7101299B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遊星ギヤ減速装置を備えた減速型スタータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スタータに適用される遊星ギヤ減速装置（特許文献１参照）は、モータの回転軸に設けられるサンギヤと、このサンギヤと同心に配置されるリング状のインターナルギヤと、両ギヤに噛み合う複数個の遊星ギヤとを有し、モータに駆動されてサンギヤが回転すると、遊星ギヤが自転運動と公転運動を行い、その公転運動によってモータの回転速度が減速される。
遊星ギヤの公転運動は、遊星ギヤを回転自在に支持するギヤ軸を介してプラネットキャリアに伝達され、そのプラネットキャリアが回転して出力される。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭58-77952号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、エンジンの高出力化あるいは燃費向上等のニーズにより、スタータにとって幅広いエンジン負荷に対応する要求が高まっている。それに伴い、エンジンに適したスタータの内部減速比の変更要求も高まっている。
しかしながら、上記の遊星ギヤ減速装置は、プラネットキャリアの回転中心から同一半径上に複数本のギヤ軸が設けられているため、使用できる遊星ギヤの歯車仕様が限定される。つまり、歯車仕様の異なる遊星ギヤを使用して減速比を変更することが困難であった。
【０００５】
また、ギヤ軸をプラネットキャリアと一体に設ける方法として、製造が容易な冷間鍛造法があるが、この冷間鍛造法では、通常キャリア部に対してギヤ軸の断面積が小さく、この断面変化が大きくなるため、型の応力が増大して型が破損する、もしくは、ギヤ軸の加工精度（軸径及び軸長の精度）が低下するという問題があった。
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、減速比を変更可能な遊星ギヤ減速装置を備えたスタータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、モータの回転速度を減速する遊星ギヤ減速装置を備えたスタータにおいて、遊星ギヤ装置は、遊星ギヤを支持するギヤ軸がプラネットキャリアと一体に設けられ、且つそのプラネットキャリアに前記ギヤ軸と同一方向に突き出た突出ピンが一体に設けられると共に、プラネットキャリアの回転中心から半径方向にギヤ軸と突出ピンとが異なる位置に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、突出ピンを第２のギヤ軸として利用できるので、ギヤ軸に支持される遊星ギヤとは異なる歯車仕様の遊星ギヤを使用することにより、減速比を変更することができる。
（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、
プラネットキャリアとギヤ軸及び突出ピンは、冷間鍛造法によって製造されていることを特徴とする。
冷間鍛造法により、ギヤ軸のみをプラネットキャリアと一体に設ける場合と比較すると、ギヤ軸の他に突出ピンを設けることにより、型の応力を任意に設定することが可能となり、型寿命を向上させることができる。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項１もしくは２に記載したスタータにおいて、
突出ピンは、ギヤ軸に支持される遊星ギヤと干渉しない位置に設けられていることを特徴とする。これにより、突出ピンに対して後加工（例えば切削加工）を施す必要がなくなり、その突出ピンを第２のギヤ軸として利用できる。
【００１０】
（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのスタータにおいて、
ギヤ軸と突出ピンとが一体に設けられたプラネットキャリアに熱処理が施され、ギヤ軸、突出ピン、及びプラネットキャリアの各表面硬度がＨＲＣ５０以上を有していることを特徴とする。
【００１１】
ギヤ軸をプラネットキャリアと別体に設けた場合に、熱処理したギヤ軸を、同じく熱処理したプラネットキャリアに圧入すると、圧入時の応力が上昇しすぎてプラネットキャリアに割れ等の不具合が生じる。このため、遊星ギヤを支持するギヤ軸のみ熱処理を施すことが多い。この場合、遊星ギヤの摺動面となるプラネットキャリアの端面が摩耗したり、ギヤ軸に負荷が加わった時に、ギヤ軸が圧入されるプラネットキャリアの穴部周辺に圧力が加わり、その穴部周辺が座屈してギヤ軸が抜ける虞があった。
【００１２】
これに対し、本発明では、ギヤ軸と突出ピンとがプラネットキャリアと一体に設けられているので、ギヤ軸及び突出ピンをプラネットキャリアに圧入固定する必要がない。従って、ギヤ軸と突出ピンとが一体に設けられたプラネットキャリアに熱処理を施すことが可能になり、プラネットキャリアの割れや摩耗、座屈等の不具合を防止できる。
【００１３】
（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
プラネットキャリアの表面に対するギヤ軸または突出ピンの根元部に、それぞれＲが付与されていることを特徴とする。
ギヤ軸をプラネットキャリアと別体に設けて、そのギヤ軸をプラネットキャリアに圧入固定する場合は、プラネットキャリアの端面とギヤ軸の側面とが直角に交差するため、ギヤ軸の圧入部に切欠き等が生じると、容易に強度低下を招く。これに対し、ギヤ軸と突出ピンとをプラネットキャリアと一体に設けたことにより、ギヤ軸及び突出ピンの根元部にそれぞれＲを付与できるので、切欠きの発生を抑制でき、強度低下を防止できる。
【００１４】
（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
遊星ギヤ減速装置で減速された回転をアウタからインナへ伝達する一方向クラッチを備え、プラネットキャリアは、一方向クラッチのアウタと一体に設けられていることを特徴とする。
一方向クラッチのアウタにギヤ軸を圧入固定する場合は、アウタに開けた穴に浸炭防止処理をしてから浸炭焼入れ処理を実施し、その後、焼入れしたギヤ軸を圧入固定する方法が一般的である。これに対し、ギヤ軸と突出ピンとをプラネットキャリア（アウタ）と一体に設けたことにより、浸炭防止処理が不要となり、その分、安価に製造可能となる。
【００１５】
（請求項７の発明）
請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
遊星ギヤ減速装置で減速された回転をアウタからインナへ伝達する一方向クラッチを備え、プラネットキャリアは、一方向クラッチのアウタと相対回転不能に結合されて、アウタと一体に回転することを特徴とする。
この構成では、アウタにギヤ軸及び突出ピンを圧入固定する必要がないので、請求項６の場合と同様に、浸炭防止処理が不要となり、その分、安価に製造可能となる。
【００１７】
（請求項８の発明）
請求項１〜７に記載した何れかのスタータにおいて、
プラネットキャリアとギヤ軸及び突出ピンは、メタルフローが切れていないことを特徴とする。
メタルフローを切らないことで、キャリア部とギヤ軸及び突出ピンの強度を向上させることができる。その結果、軸を小型化（小径化）できるので、減速比の設定自由度が向上し、且つ素材量が少なくなるため、安価に製造できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
スタータ１は、図４に示す様に、回転力を発生するモータ２と、このモータ２の回転速度を減速する遊星ギヤ減速装置（下述する）、モータ２の回転軸と同軸線上に配置された出力軸３、減速装置で減速された回転を出力軸３に伝達する一方向クラッチ（下述する）、出力軸３上に配置されるピニオンギヤ４、及びモータ２の通電電流をON/OFFすると共に、シフトレバー５を介してピニオンギヤ４を軸方向に移動させる電磁スイッチ６等より構成される。
【００１９】
モータ２は、周知の直流電動機であり、電磁スイッチ６に内蔵されたモータ接点（図示せず）が閉じると、車載バッテリからアーマチャ７に通電されて、そのアーマチャ７に回転力が発生する。
減速装置は、モータ２の回転軸７ａに形成されたサンギヤ８と、内歯を有するリング状のインターナルギヤ９、及び両ギヤ８、９に噛み合う複数（本実施形態では３個）の遊星ギヤ１０とを有し、この遊星ギヤ１０の回転運動（自転運動と公転運動）によってアーマチャ７の回転速度を減速する。
【００２０】
インターナルギヤ９は、サンギヤ８と同心に配置され、センタケース１１に回転規制されている。センタケース１１は、モータ２のヨーク１２とフロントハウジング１３との間に挟持され、減速装置と一方向クラッチの外周を覆っている。遊星ギヤ１０は、図１に示す様に、軸受１４を介してギヤ軸１５に回転自在に支持され、そのギヤ軸１５が設けられるプラネットキャリア（後述するクラッチアウタ１８）に遊星ギヤ１０の公転運動が伝達される。なお、ギヤ軸１５は、プラネットキャリアと一体に設けられている。
【００２１】
出力軸３は、先端部が軸受１６を介してフロントハウジング１３に回転自在に支持されると共に、後端部に設けられた凹部に軸受１７を介して回転軸７ａの先端部が回転自在に嵌合している。また、センタケース１１より前方（図４の右方向）に取り出された出力軸３の外周には、雄側ヘリカルスプライン３ａが形成されている。
一方向クラッチは、クラッチアウタ１８、ローラ１９、及びクラッチインナ２０等から構成される周知のローラ式クラッチである。
【００２２】
クラッチアウタ１８は、上記のプラネットキャリアと一体化され、ギヤ軸１５を介して遊星ギヤ１０の公転運動が伝達されて回転する。このクラッチアウタ１８には、図２に示す様に、３本のギヤ軸１５の他に、３本の捨て軸２１が一体に設けられている。この捨て軸２１は、ギヤ軸１５と略同一径を有する断面円形のピン形状を有し、ギヤ軸１５と同一方向に突設されて、ギヤ軸１５と同一高さ（突出長さ）を有している（図２(b) 参照）。
【００２３】
また、３本の捨て軸２１は、図２(a) に示す様に、クラッチアウタ１８の回転中心から同一半径上（ギヤ軸１５に支持される遊星ギヤ１０と干渉しない位置）に設けられ、周方向に等間隔に配置されている。但し、捨て軸２１は、クラッチアウタ１８の回転中心から半径方向に、ギヤ軸１５より外側（または内側でもよい）に設けられている。
【００２４】
このギヤ軸１５と捨て軸２１とが一体に設けられたクラッチアウタ１８は、例えば冷間鍛造法によって製造された後、全体に熱処理が実施されている。これにより、ギヤ軸１５と捨て軸２１及びクラッチアウタ１８の各表面には、図３に示す様に、表面硬度HRC50 以上の熱処理層Ｓが形成されている。
【００２５】
ローラ１９は、クラッチアウタ１８の内側に形成されたカム室（図示せず）に配設され、クラッチアウタ１８が回転すると、カム室の内壁面とクラッチインナ２０の外周面との間に挟持されて、クラッチアウタ１８からクラッチインナ２０へトルク伝達を行う。
クラッチインナ２０は、出力軸３の後端部に設けられ、クラッチアウタ１８からローラ１９を介してクラッチインナ２０にトルク伝達されると、出力軸３が回転する。
【００２６】
ピニオンギヤ４は、スプラインチューブ２２と一体に設けられ、そのスプラインチューブ２２の内側に形成された雌側ヘリカルスプライン（図示せず）が出力軸３の雄側ヘリカルスプライン３ａに噛み合わされている。
電磁スイッチ６は、始動スイッチのON操作により通電されるコイル（図示せず）と、このコイルの内側を往復動可能に配設されたプランジャ（図示せず）とを有し、コイルが通電されると、磁力の作用を受けてプランジャが吸引される。プランジャが吸引されると、プランジャに連結されたシフトレバー５を介してピニオンギヤ４が反モータ方向（図４の右方向）へ押し出されると共に、前記モータ接点を閉成する。
【００２７】
次に、スタータ１の作動を説明する。
始動スイッチのON操作により、電磁スイッチ６のコイルに通電されてプランジャが吸引されると、シフトレバー５を介してピニオンギヤ４に前進力が付与される。これにより、ピニオンギヤ４は、スプラインチューブ２２の雌側ヘリカルスプラインが出力軸３の雄側ヘリカルスプライン３ａに沿って回転しながら移動し、エンジンのリングギヤ２３に当接して一旦停止する。
【００２８】
一方、プランジャの移動によってモータ接点が閉じると、アーマチャ７が通電されて回転し、そのアーマチャ７の回転速度が減速装置で減速された後、一方向クラッチを介して出力軸３に伝達される。これにより、ピニオンギヤ４が出力軸３と一体に回転してリングギヤ２３に噛み合い、リングギヤ２３に回転力を伝達してエンジンをクランキングさせる。
【００２９】
エンジン始動後、始動スイッチのOFF 操作により、コイルへの通電が停止して磁力（吸引力）が消滅すると、プランジャがスプリング（図示せず）の反力を受けて押し戻される。これに伴い、モータ接点が開いてアーマチャ７への通電が停止され、アーマチャ７の回転が停止する。
また、プランジャが押し戻されると、シフトレバー５を介してピニオンギヤ４に後退力が加わるため、ピニオンギヤ４がリングギヤ２３から離脱して出力軸３上を後退し、図４に示す静止位置にて停止する。
【００３０】
（本実施形態に記載したスタータ１の効果）
上記のスタータ１に採用された遊星ギヤ減速装置は、３本のギヤ軸１５の他に、３本の捨て軸２１が、プラネットキャリア（クラッチアウタ１８）と一体に設けられている。この構成によれば、３本の捨て軸２１を第２のギヤ軸として利用できる。つまり、ギヤ軸１５に支持される遊星ギヤ１０とは異なる歯車仕様の遊星ギヤを第２のギヤ軸（捨て軸２１）に支持させて使用することにより、同一キャリアでも減速比を変更できる。
【００３１】
また、ギヤ軸１５と捨て軸２１及びクラッチアウタ１８の各表面には、熱処理が実施されることにより、表面硬度HRC50 以上の熱処理層Ｓが形成されているので、遊星ギヤ１０の摺動面となるクラッチアウタ１８端面の摩耗を抑制できる。更に、ギヤ軸１５と捨て軸２１をクラッチアウタ１８と一体に設けたことにより、クラッチアウタ１８に対するギヤ軸１５及び捨て軸２１の根元部に、それぞれＲを付与することができる。これにより、ギヤ軸１５及び捨て軸２１の強度を向上できる。
【００３２】
更に、本実施形態では、ギヤ軸１５と捨て軸２１をクラッチアウタ１８と一体に設けているので、クラッチアウタ１８にギヤ軸１５及び捨て軸２１を圧入固定する必要がなく、高価な浸炭防止処理が不要となり、安価に製造できる。
また、クラッチアウタ１８を冷間鍛造法によって製造することにより、ギヤ軸１５と捨て軸２１とを一体に設けているので、ギヤ軸１５のみをクラッチアウタ１８と一体に設ける場合と比較すると、型に加わる応力を任意に設定することが可能となり、型寿命を向上させることができる。
なお、冷間鍛造法で製造する際に、メタルフローを切らないように加工することで、より強度を向上させることができ、その分、材料を少なくできると共に、ギヤ軸１５及び捨て軸２１を小径化でき、設計自由度を向上させることが可能になる。
【００３３】
（第２実施形態）
図５はギヤ軸１５と捨て軸２１の配置を示す軸方向正面図である。
本実施形態は、捨て軸２１の断面形状を例えば三角形にした一例である。
第１実施形態では、捨て軸２１を断面円形のピン形状としたが、必ずしも断面円形である必要はなく、図５に示す様に、角形状でも良い。但し、第２のギヤ軸として使用する場合には、捨て軸２１に軸受を嵌合できる様に、捨て軸２１の外形を加工するか、あるいは軸受を捨て軸２１に打ち込み、その軸受の外周を略円筒形状にする必要がある。
【００３４】
（第３実施形態）
図６は遊星ギヤ減速装置と一方向クラッチの断面図である。
本実施形態の遊星ギヤ減速装置は、ギヤ軸１５と捨て軸（図示せず）とが一体に設けられたプラネットキャリア２４を有し、このプラネットキャリア２４と、一方向クラッチのクラッチアウタ１８とが別体に構成され、且つ両者が相対回転不能に結合されている一例である。
本実施形態においても、ギヤ軸１５と捨て軸とがプラネットキャリア２４と一体に設けられているので、捨て軸を第２のギヤ軸として利用することにより、第１実施形態に記載した様に、歯車仕様の異なる遊星ギヤを使用して減速比を変更することができる。
【００３５】
（第４実施形態）
図７はスタータ１の断面図である。
本実施形態のスタータ１は、図７に示す様に、ギヤ軸１５と捨て軸（図示せず）とが一体に設けられたプラネットキャリア２４を有し、このプラネットキャリア２４が出力軸３と一体に設けられている。また、一方向クラッチ２５は、ピニオンギヤ４と共に出力軸３上を移動可能に配置されている。
【００３６】
本実施形態においても、ギヤ軸１５と捨て軸とがプラネットキャリア２４と一体に設けられているので、捨て軸を第２のギヤ軸として利用することにより、歯車仕様の異なる遊星ギヤを使用して減速比を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遊星ギヤ減速装置と一方向クラッチの断面図である（第１実施形態）。
【図２】ギヤ軸と捨て軸の配置を示す軸方向正面図(a) と一方向クラッチの断面図(b) である（第１実施形態）。
【図３】熱処理層を示す一方向クラッチの断面図である。
【図４】スタータの断面図である（第１実施形態）。
【図５】ギヤ軸と捨て軸の配置を示す軸方向正面図である（第２実施形態）。
【図６】遊星ギヤ減速装置と一方向クラッチの断面図である（第３実施形態）。
【図７】スタータの断面図である（第４実施形態）。
【符号の説明】
１スタータ
２モータ
１０遊星ギヤ
１５ギヤ軸
１８クラッチアウタ（プラネットキャリア）
２１捨て軸（突出ピン）
２４プラネットキャリア（第３、第４実施形態）。

Claims

モータの回転速度を減速する遊星ギヤ減速装置を備えたスタータにおいて、
前記遊星ギヤ装置は、遊星ギヤを支持するギヤ軸がプラネットキャリアと一体に設けられ、且つそのプラネットキャリアに前記ギヤ軸と同一方向に突き出た突出ピンが一体に設けられると共に、前記プラネットキャリアの回転中心から半径方向に前記ギヤ軸と前記突出ピンとが異なる位置に設けられていることを特徴とするスタータ。
請求項１に記載したスタータにおいて、
前記プラネットキャリアと前記ギヤ軸及び前記突出ピンは、冷間鍛造法によって製造されていることを特徴とするスタータ。
請求項１もしくは２に記載したスタータにおいて、
前記突出ピンは、前記ギヤ軸に支持される前記遊星ギヤと干渉しない位置に設けられていることを特徴とするスタータ。
請求項１〜３に記載した何れかのスタータにおいて、
前記ギヤ軸と前記突出ピンとが一体に設けられた前記プラネットキャリアに熱処理が施され、前記ギヤ軸、前記突出ピン、及び前記プラネットキャリアの各表面硬度がＨＲＣ５０以上を有していることを特徴とするスタータ。
請求項１〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
前記プラネットキャリアの表面に対する前記ギヤ軸または前記突出ピンの根元部に、それぞれＲが付与されていることを特徴とするスタータ。
請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
前記遊星ギヤ減速装置で減速された回転をアウタからインナへ伝達する一方向クラッチを備え、
前記プラネットキャリアは、前記一方向クラッチのアウタと一体に設けられていることを特徴とするスタータ。
請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
前記遊星ギヤ減速装置で減速された回転をアウタからインナへ伝達する一方向クラッチを備え、
前記プラネットキャリアは、前記一方向クラッチのアウタと相対回転不能に結合されて、前記アウタと一体に回転することを特徴とするスタータ。
請求項１〜７に記載した何れかのスタータにおいて、
前記プラネットキャリアと前記ギヤ軸及び前記突出ピンは、メタルフローが切れていないことを特徴とするスタータ。