JP2000352368A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リングギヤ１とピニオンギヤ１２の歯面１
Ａ，１２Ａ同士の衝突による騒音の発生を防止する。 【解決手段】 ピニオンギヤ１２を、出力軸１１に取り
付けられる内側回転部３０と、この内側回転部３０に所
定の範囲で相対回転可能に外嵌するとともに、機関始動
時にリングギヤ１と噛合する外側回転部２０と、に分割
する。両回転部２０，３０の間に、外側回転部２０を内
側回転部３０に対して駆動方向ω１へ付勢する主コイル
バネ（主弾性部）１４Ａ及び反駆動方向へ付勢する副コ
イルバネ（副弾性部）１４Ｂを介装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等の内燃
機関のリングギヤにピニオンギヤを噛合させて内燃機関
を始動する始動装置に関し、特に、始動時における両ギ
ヤの歯面同士の衝突を抑制し、騒音の低減化を図る技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関の始動装置は、一般
的に、モータ部の出力軸にピニオンギヤが取り付けら
れ、このピニオンギヤを始動時に内燃機関のクランクシ
ャフトに直結されたリングギヤに噛合させて、始動トル
クをクランクシャフトへ伝達するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の始動装置にあっては、ピニオンギヤとリング
ギヤの反噛み合い側の歯面間に隙間（バックラッシュ）
が不可避的に生じるため、一般的なギヤ機構と同様、歯
面同士の衝突により騒音が発生するという問題がある。
特に、小型化，軽量化等を図るために減速機構を用いた
始動装置では、ピニオンギヤ側の慣性モーメントが大き
くなるため、騒音の原因となるギヤ歯面同士の衝突時の
衝撃が一層大きくなってしまう。

【０００４】この対策として、特開平８−３１９９２３
号公報に記載された始動装置では、被駆動側のリングギ
ヤが増速してピニオンギヤを逆に駆動しようとする際、
つまり、両ギヤの反噛み合い側の歯面同士が衝突しよう
とする際に、ピニオンギヤとモータ部との間に配設され
る一方向クラッチが空転しやすいように設定して、ピニ
オンギヤとリングギヤとの相対速度差を抑制することに
より、上記衝突による騒音の低減化を図っている。

【０００５】しかしながら、実際の現象解析実験によれ
ば、機関回転数の増速時には、その加速が比較的緩慢で
あるために、両ギヤの反噛み合い側の歯面同士が衝突す
るという現象はあまり起こらないことが判明した。すな
わち、機関回転速度の増速時に両ギヤの反噛み合い側の
歯面同士が衝突するのではなく、増速時に互いに離れる
両ギヤの噛み合い側の歯面が、続く減速時に衝突して騒
音の主な原因となっていることが判明した。

【０００６】より詳しくは、内燃機関の膨張行程に対応
するリングギヤの増速時に、両ギヤの噛み合い側の歯面
が互いに離れて行くものの、先行するピニオンギヤの反
噛み合い側の歯面が、これに対向するリングギヤの反噛
み合い側の歯面に追いつくまでには至らず、続く圧縮行
程に対応するリングギヤの減速時に、空走状態で加速し
てきたピニオンギヤの噛み合い側の歯面が、リングギヤ
の噛み合い側の歯面に衝突する。この時の速度差が大き
いほど、衝突時の衝撃力が大きくなり、騒音も大きくな
ってしまう。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、リングギヤとピニオンギヤの噛み合い
側の歯面同士の衝突による騒音の発生を確実に抑制，低
減する新規な内燃機関の始動装置を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
は、機関始動時にクランクシャフトに取り付けられたリ
ングギヤに噛合するピニオンギヤを備えた内燃機関の始
動装置において、上記ピニオンギヤを、始動装置の出力
軸に取り付けられる内側回転部と、この内側回転部に所
定の範囲で相対回転可能に外嵌するとともに、上記リン
グギヤに噛合する外側回転部と、に分割し、かつ、外側
回転部を内側回転部に対して駆動方向に付勢する主弾性
部を有することを特徴としている。

【０００９】この請求項１の発明によれば、内燃機関の
膨張行程に対応してリングギヤが増速し、リングギヤの
噛み合い側の歯面がピニオンギヤの噛み合い側の歯面か
ら離れようとした場合に、主弾性部の付勢力により、外
側回転部が内側回転部に対して駆動方向へ回転し、増速
する。このため、ピニオンギヤの噛み合い側の歯面は、
リングギヤの噛み合い側の歯面から離れることなく、あ
るいはわずかに離れるだけで追従して行く。従って、続
く内燃機関の次の気筒の圧縮行程に対応して、リングギ
ヤが減速した場合に、ピニオンギヤとリングギヤの噛み
合い側の歯面同士が強く衝突する虞はない。仮に、両ギ
ヤの噛み合い側の歯面同士がわずかに離れていたとして
も、両ギヤの相対的な速度差が少ない減速時の早期に軽
く衝突することとなり、大きな衝撃力が生じる虞はな
い。この結果、噛み合い側の歯面同士の衝突による騒音
の発生を確実かつ大幅に低減することができる。

【００１０】より好ましくは請求項２の発明のように、
リングギヤに対する外側回転部の追従性の向上を図ると
ともに、内側回転部に対する外側回転部の振動を抑制す
るために、上記主弾性部のバネ定数と外側回転部の慣性
質量とに基づくねじり共振周波数を、内燃機関の気筒数
と始動時の機関回転速度の平均値とに基づく変動周波数
よりも高く設定する。

【００１１】更に好ましくは請求項３の発明のように、
ピニオンギヤの軸方向寸法を抑制するために、上記主弾
性部を、外側回転部の内周面と内側回転部の外周面との
間隙に配置され、両周面に沿って延在する１個以上のバ
ネとする。

【００１２】なお、上記外側回転部と内側回転部との相
対回転範囲は、リングギヤ，ピニオンギヤの寸法，歯数
や、機関の気筒数等に応じて設定され、例えば請求項４
の発明のように、適宜な規制手段により約２０度〜６０
度に規制される。

【００１３】また、上記相対回転範囲は、同一排気量の
内燃機関ならば気筒数が多いほど少なくてすみ、例えば
４気筒で約６０度に設定される場合、６気筒なら約４０
度に設定される。

【００１４】請求項５の発明は、上記外側回転部を内側
回転部に対して反駆動方向へ付勢する副弾性部を有する
ことを特徴としている。

【００１５】すなわち、上記の主・副弾性部は、外側回
転部と内側回転部との相対回転時に、両回転部が強く衝
突することを防止し、この衝突による騒音の発生を防止
する機能を兼ね備えている。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の膨張行程に
対応するリングギヤの増速時に、ピニオンギヤの噛み合
い側の歯面がリングギヤの噛み合い側の歯面から離れる
ことなく適宜に追従するため、続く圧縮行程に対応する
リングギヤの減速時に、両ギヤの噛み合い側の歯面同士
が強く衝突する虞はない。従って、両ギヤの歯面同士の
衝突による騒音の発生を確実に抑制することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図３は、本発明の一実施例に係る
内燃機関の始動装置を示す全体構成図である。

【００１８】始動装置は、バッテリ等を動力源とするモ
ータ部１０と、このモータ部１０の出力軸１１にスライ
ド可能に取り付けられたピニオンギヤ１２と、を備えて
いる。機関始動時には、ピニオンギヤ１２が出力軸１１
上を図の左側へスライドし、内燃機関のクランクシャフ
ト（図示省略）に直結されたリングギヤ１に噛合する。
これにより、モータ部１０の始動トルクが、ピニオンギ
ヤ１２及びリングギヤ１を介してクランクシャフトへ伝
達される。始動完了後には、モータ部１０の駆動が停止
されるとともに、ピニオンギヤ１２が図の右側へ後退し
て元の位置（図３に示す位置）へ戻り、両ギヤ１２，１
の噛合が解除される。

【００１９】なお、モータ部１０は、適宜な減速機構
（図示省略）を備えた小型，高速型のものが好適に使用
される。上記の減速機構としては、例えば入力軸と出力
軸１１の間に遊星歯車を用いた同軸減速式、あるいは平
歯車２軸減速式等の機構が好適に用いられる。

【００２０】ピニオンギヤ１２は、図１，２に示すよう
に、出力軸１１にスライド可能に取り付けられた略筒状
の内側回転部３０と、この内側回転部３０に所定の範囲
で相対回転可能に外嵌するとともに、始動時にリングギ
ヤ１に噛合する外側回転部２０と、に分割して構成され
ている。

【００２１】外側回転部２０は、リングギヤ１に噛合す
る歯部２１と、この歯部２１の内周に固定され、内周側
に切欠部２３が形成された筒部２２とを有している。つ
まり、ギヤ噛合部としての強度，硬度が要求される歯部
２１を、加工の容易化及び軽量化が要求される筒部２２
と別体で構成している。切欠部２３は、周方向２カ所に
対向して形成されており、各切欠部２３は、一定の深さ
及び周方向長さに設定され、かつ、軸方向に延長形成さ
れている。

【００２２】内側回転部３０は、その内周側でヘリカル
スプライン等を介して出力軸１１の外周にスライド可能
に取り付けられている。また、内側回転部３０の外周に
は、周方向２カ所に突起部３１が一体に形成されてい
る。各突起部３１は、各切欠部２３内に周方向に移動可
能に配置されるように、所定の深さ及び周方向長さに設
定されるとともに、軸方向に延長形成されている。

【００２３】また、内側回転部３０には、外側回転部２
０との相対回転角度を所定範囲に規制する周方向ストッ
パ３２が形成されている。つまり、周方向ストッパ３２
は、外側回転部２０の切欠部２３内に周方向に移動可能
に配置され、かつ、両回転部２０，３０が所定範囲を超
えて相対回転しようとした場合に、周方向ストッパ３２
の周方向両側の壁面３２ａが、対向する切欠部２３の周
方向両側の壁面２３ａと当接するように設定されいる。

【００２４】更に、内側回転部３０には、外側回転部２
０に対する軸方向移動を規制するために、その一端部に
軸方向ストッパ３５が形成され、他端部に図外のストッ
パリングが嵌合するリング溝３４が形成されている。つ
まり、軸方向ストッパ３５が外側回転部２０の一方（図
２の手前側）の軸方向端面を受け、ストッパリングが外
側回転部２０の他方の軸方向端面を受けるように設定さ
れている。

【００２５】なお、周方向ストッパ３２及び軸方向スト
ッパ３５は、上記の突起部３１と同じ外径（高さ）に一
体的に形成されている。

【００２６】そして本実施例では、図１に示すように、
外側回転部２０と内側回転部３０との間に、弾性部とし
ての複数のコイルバネ１４（１４Ａ，１４Ｂ）が介装さ
れている。

【００２７】なお、図２では、図１，４，５に示すコイ
ルバネ１４に代えて、波形バネ１６（１６Ａ，１６Ｂ）
が用いられている。その他の構成は同じである。このよ
うに波形バネ１６を用いた場合、コイルバネ１４を用い
た場合に比して、ピニオンギヤ１２の径方向寸法を更に
短縮化することができる。なお、以下の説明では、コイ
ルバネ１４を用いた場合を例にとって説明する。

【００２８】コイルバネ１４は、主に径方向寸法を抑制
するために、外側回転部２０の内周面と内側回転部３０
の外周面との間の切欠部２３内に配置されるとともに、
両周面に沿って円弧状に延在している。コイルバネ１４
の一端は、突起部３１の壁面に形成された保持穴３３に
嵌合，保持され、コイルバネ１４の他端は、切欠部２３
の壁面に嵌合，保持されている。そして、コイルバネ１
４は、外側回転部２０と内側回転部３０との相対回転に
応じて、回転方向のねじり反力を生じるようになってい
る。

【００２９】ここで、突起部３１の両側に配置するコイ
ルバネ１４Ａ，１４Ｂの中で、突起部３１よりも駆動側
ω１に配置する主コイルバネ１４Ａは、圧縮時に外側回
転部２０を内側回転部３０に対して駆動方向ω１へ付勢
し、突起部３１よりも反駆動側（駆動方向ω１の反対
側）に配置する副コイルバネ１４Ｂは、圧縮時に外側回
転部２０を内側回転部３０に対して反駆動方向へ付勢す
るようになっている。

【００３０】次に図４，５を参照して、本始動装置の作
用を説明する。

【００３１】機関始動時には、通常、図４に示すよう
に、ピニオンギヤ１２の噛み合い側の歯面１２Ａと、こ
れに対向するリングギヤ１の噛み合い側の歯面１Ａとが
接触しており、この接触部を通じて、駆動方向（出力軸
１１の回転方向）ω１と同方向の始動トルクがリングギ
ヤ１へ伝達され、このリングギヤ１が所定の回転方向ω
２へ駆動される。このように、ピニオンギヤ１２からリ
ングギヤ１へ始動トルクが伝達されている状態では、外
側回転部２０が内側回転部３０に対して反駆動方向へ相
対的に回転し、主コイルバネ１４Ａが圧縮された状態と
なり、この圧縮された主コイルバネ１４Ａが、外側回転
部２０を内側回転部３０に対して駆動方向ω１へ付勢し
ている。

【００３２】ところで、内燃機関の圧縮，膨張行程に対
応して、機関回転速度は減速と増速を繰り返す。つま
り、圧縮行程ではリングギヤ１が減速し、膨張行程では
リングギヤ１が増速する。一方、ピニオンギヤ１２の内
側回転部３０を駆動するモータ出力軸１１の回転速度
は、ほぼ一定である。

【００３３】このため、膨張行程に対応するリングギヤ
１の増速時に、リングギヤ１の噛み合い側の歯面１Ａ
が、ピニオンギヤ１２の噛み合い側の歯面１２Ａから離
れようとする。この時、圧縮された主コイルバネ１４Ａ
の駆動方向ω１への付勢力により、外側回転部２０が内
側回転部３０に対して駆動方向ω１へ相対回転して、リ
ングギヤ１の噛み合い側歯面１Ａに遅れることなく追従
する（図４→図５）。このように、リングギヤ１の増速
時に、噛み合い側の歯面１Ａ，１２Ａ同士がほとんど離
れることはなく、仮に離れても早期に再接触する。

【００３４】従って、続く内燃機関の次の気筒の圧縮行
程に対応してリングギヤ１が減速した場合に、両ギヤ
１，１２の噛み合い側の歯面１Ａ，１２Ａ同士が衝突す
る虞はなく、この衝突による騒音の発生を確実に抑制す
ることができる。

【００３５】つまり、上記リングギヤ１の減速時には、
ピニオンギヤ１２の外側回転部２０がリングギヤ１に既
に接触した状態で減速されながら、図５に示すように増
速時に伸張した主コイルバネ１４Ａが、再び圧縮されて
図４に示す状態へ戻る。つまり、モータ出力軸１１の始
動トルクがピニオンギヤ１２からリングギヤ１へ伝達さ
れる通常の状態となり、この始動トルクを受けてクラン
キングが継続される。

【００３６】加えて、本実施例のコイルバネ１４Ａ，１
４Ｂは、外側回転部２０と内側回転部３０との相対回転
時に、両回転部２０，３０が強く衝突して騒音を発生す
ることを防止する機能を兼ね備えている。つまり、両回
転部２０，３０の相対回転時に、互いに対向する周方向
ストッパ３２の壁面３２ａと切欠部２３の壁面２３ａと
が衝突しようとすると、コイルバネ１４Ａ，１４Ｂの一
方が圧縮されて、両壁面３２ａ，２３ａを互いに離間す
る方向へ付勢する形となり、ひいては両壁面３２ａ，２
３ａが強く衝突して騒音を生じることを防止することが
できる。

【００３７】なお、外側回転部２０と内側回転部３０と
の相対的な回転範囲は、内燃機関の気筒数や、両ギヤ
１，１２の寸法，歯数等に応じて設定される。また、相
対回転範囲は、同一排気量の内燃機関ならば気筒数が多
いほど小さくできる。例えば、排気量２０００ｃｃ，４
気筒で、クランキング時の回転変動幅が±５０ｒｐｍ程
度の内燃機関に対し、上記の相対回転範囲が約６０度に
設定される場合、６気筒の内燃機関では約４０度に設定
すれば良い。

【００３８】また、リングギヤ１に対する外側回転部２
０の追従性の向上を図るとともに、内側回転部３０に対
する外側回転部２０の振動を抑制するために、主コイル
バネ１４Ａ（又は副コイルバネ１４Ｂ）によるバネ定数
とピニオンギヤの外側回転部２０の慣性質量に基づくね
じり共振周波数を、内燃機関の気筒数と始動時における
機関回転数の平均値とに基づく機関回転数の変動周波数
よりも相対的に高く設定している。例えば４気筒の内燃
機関を平均３００ｒｐｍでクランキングする場合、変動
周波数が４÷２×３００÷６０＝１０Ｈｚとなり、上記
のねじり共振周波数が１０Ｈｚ以上に設定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の始動装置を
示す断面対応図。

【図２】本発明の一実施例に係る内燃機関の始動装置を
示す分解斜視図。

【図３】本発明の一実施例に係る内燃機関の始動装置を
示す全体構成図。

【図４】本実施例の作用説明図。

【図５】同じく本実施例の作用説明図。

【符号の説明】

１…リングギヤ １１…出力軸 １２…ピニオンギヤ １４Ａ…主コイルバネ（主弾性部） １４Ｂ…副コイルバネ（副弾性部） ２０…外側回転部 ３０…内側回転部

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 茂樹 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 中路 義晴 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 山田 耕治 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 屋代 春樹 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関始動時にクランクシャフトに取り付
   けられたリングギヤと噛合するピニオンギヤを備えた内
   燃機関の始動装置において、 上記ピニオンギヤを、始動装置の出力軸に取り付けられ
   る内側回転部と、この内側回転部に所定の範囲で相対回
   転可能に外嵌するとともに、上記リングギヤに噛合する
   外側回転部と、に分割し、 かつ、外側回転部を内側回転部に対して駆動方向に付勢
   する主弾性部を有することを特徴とする内燃機関の始動
   装置。
2. 【請求項２】 上記主弾性部のバネ定数と外側回転部の
   慣性質量とに基づくねじり共振周波数を、内燃機関の気
   筒数と始動時の機関回転速度の平均値とに基づく変動周
   波数よりも高く設定した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。
3. 【請求項３】 上記主弾性部が、外側回転部の内周面と
   内側回転部の外周面との間隙に配置され、両周面に沿っ
   て延在する１個以上のバネであることを特徴とする請求
   項１または２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 【請求項４】 上記内側回転部と外側回転部との相対回
   転範囲を、約２０度〜６０度に規制する規制手段を有す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内
   燃機関の始動装置。
5. 【請求項５】 上記外側回転部を内側回転部に対して反
   駆動方向へ付勢する副弾性部を有することを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。