JPH08326785A - スタ−タ用一方向性クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】伝達トルク及びクラッチローラーの耐磨耗性を
確保しつつ小型軽量化を図った一方向性クラッチの提
供。 【構成及び効果】一方向性クラッチ３５０は、ローラー
収容溝３５１ａを有するクラッチアウタ３５１とは反対
側のクラッチインナ３５２の外周面にローラ係合溝３５
５がローラー収容溝３５１ａよりも多数、周方向に形成
される。このようにすれば、クラッチを繋ぐ時点、特に
オーバーランニング状態からピニオン駆動状態に移行す
る過渡期間において、ローラー係合溝３５５の配設ピッ
チがローラー収容溝３５１ａの配設ピッチより小さいの
で、ローラー３５３の空走距離を短縮でき、その結果と
して過渡時に生じる衝撃トルクを軽減でき、クラッチロ
ーラー３５３の磨耗量を低減しつつクラッチの小型軽量
化を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スタ−タ用の一方向性
クラッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スタ−タは、バッテリからの
電流エネルギーを直流電動機により機械エネルギーに変
換し、これをエンジンに伝達し、エンジン始動に必要な
回転数を得、エンジン始動後はエンジンからの機械エネ
ルギーを遮断して自身を保護するように設計されてい
る。また、その１回の作動時間は、通常２秒以下と非常
に短時間で各部品の動作速度も速く、すべての面で極端
な短時間定格仕様にて設計がなされている。

【０００３】近年、燃費改善、エンジン性能向上、運転
性能向上等のため、小型軽量化要求の増大、ＥＦＩ化へ
の対応、使用温度範囲の拡大、耐振性の向上など、スタ
ータへの要求は年々、厳しくなっていている。これに対
応するため、約２０年前に、内部減速装置をもち、耐熱
性、耐振性を向上させたスタータが開発され、順次バリ
エーションが増えるとともに改良が加えられ、現在では
主流を占めるに至っている。

【０００４】この内部減速装置を有するスタータでは、
減速比を順次大きくすることにより、モータの大幅な小
型軽量化を順次達成してきた。しかし、力を伝達する減
速部や一方向性クラッチにおいては、減速比の増大によ
る慣性質量の大幅な増大に伴い、増加する衝撃負荷やエ
ンジン追従性の悪化をカバーするため、小型軽量化や構
成の簡素化に逆行しているのが現状である。

【０００５】更に、従来のスタータのクラッチは、オー
バーラン性能を重視し、摩擦力を利用したローラークラ
ッチが主流であったが、エンジン始動時の立ち上がり回
転数の増加などの要因もあって、伝動子であるローラの
磨耗が増大し、トルク伝達に必要な摩擦力を得ること
と、ローラの磨耗を低減することとを両立する範囲で封
入グリースの摩擦係数を選択せねばならず、グリース選
択が容易ではなかった。

【０００６】このため、本出願人は特願平６ー２２２３
２８号の出願にてこれらの問題を改善する一方向性クラ
ッチを提案したが、この提案でもまだ伝動子の空走距離
が長いので、伝動子が空走している間に衝撃エネルギが
蓄積されて大きな衝撃が発生するという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た一方向性クラッチでは、ローラの摩擦を利用してトル
ク伝達を行うのでローラに大荷重を掛ける必要があり、
小型軽量化が困難であるという問題があった。また、最
近のエンジンの傾向から、始動時のエンジン回転数が増
加し、ローラの磨耗が増大し、ローラ寿命が短縮される
という状況が生じており、ローラの磨耗低減のためにグ
リースの摩擦係数を低減すると、必要なトルク伝達のた
めに装置が一層大型大重量化してしまうという問題もあ
った。

【０００８】そこで、本出願人は、摩擦力によらないト
ルク伝達方式を行うラチェット式の一方向性クラッチ
を、特願平６ー２２２３２７号及び特願平６ー２２２３
２８号の出願にて提案しているが、これらの方式では、
エンジンクランキング中の脈動時においてクラッチが断
続する際、伝動子の空走距離が大きいと、クラッチ接続
時の衝撃が増大してしまうという問題が新たに派生する
ことが判明した。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、エンジンクランキング中の脈動時においてクラッ
チが断続する際の衝撃を低減しつつスタータの小型軽量
化を実現することを、その目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
ローラー接触面をなす外周面にローラー係合溝及びロー
ラー収容溝の一方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複
数凹設されたクラッチインナと、前記クラッチインナの
前記外周面に対して径方向へ所定間隙を隔てて対面して
ローラー接触面をなす内周面に前記両溝の他方が互いに
周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設されたクラッチアウ
タと、前記ローラー収容溝に略周方向へ変位可能に個別
に収容されるとともに前記ローラー収容溝の所定の接続
位置にて前記ローラー係合溝に係合して前記クラッチイ
ンナ及びクラッチアウタ間の一方向のトルク伝達を仲介
する複数のクラッチローラーと、前記クラッチローラー
を前記接続位置へ向けて付勢する付勢手段とを備え、リ
ングギアに噛合するピニオンギアと電機子側出力軸との
間に介設されて前記電機子側出力軸から前記ピニオンギ
アへトルクを伝達する一方向性クラッチであって、前記
ローラー係合溝は周方向へ前記ローラー収容溝よりも多
数配設されていることを特徴とするスタ−タ用一方向性
クラッチである。

【００１１】本発明の第２の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記ローラー収容溝の個数が前記ローラー
収容溝の個数の複数倍であることを特徴としている。本
発明の第３の構成は、上記第１の構成において更に、前
記複数のクラッチローラーの一部は前記ローラー係合溝
を含む前記ローラー接触面の第１接触部位で接触し、前
記複数のクラッチローラーの残部は前記ローラー係合溝
を含む前記ローラー接触面の第２接触部位で接触し、前
記両接触部位の径方向位置は異なることを特徴としてい
る。

【００１２】本発明の第４の構成は、上記第１乃至第３
のいずれかの構成において更に、前記一方向性クラッチ
が、プラネタリギアを支承する減速軸がピニオンギア側
に連結され、サンギアが電機子出力軸に連結された遊星
減速機構のインターナルギアと固定部材との間に介設さ
れることを特徴としている。本発明の第５の構成は、上
記第１乃至第４のいずれかの構成において更に、前記電
機子出力軸と前記リングギヤとの回転数比を掛けて前記
両者の回転数が定回転状態で等値となるように換算した
前記電機子出力軸の換算回転数が前記エンジンのクラン
キング回転数の脈動変化時の減速局面にて前記リングギ
アの回転数以上となる回転数交差時点以前に前記ピニオ
ンギアの駆動側の歯面を前記リングギアの被駆動側の歯
面に当接させる所定の空転トルク値を有することを特徴
としている。

【００１３】

【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成では、通常
の一方向性クラッチの構成において更に、クラッチイン
ナ及びクラッチアウタのうち、ローラー収容溝が形成さ
れない方のローラー接触面に、ローラー係合溝がローラ
ー収容溝より多数、周方向へ配設される。なお、電機子
出力軸がピニオンギアを駆動するピニオン駆動状態にお
いてクラッチローラーはローラー係合溝に嵌合した状態
となってトルク伝達を行い、ピニオンギアの回転数が電
機子出力軸のピニオンギア換算回転数より大きい場合に
クラッチローラーは転動子非収容側筒部の接触面に対し
て相対回転してオーバーランニング状態となる。クラッ
チを繋ぐ時点、特に、オーバーランニング状態からピニ
オン駆動状態に移行する過渡期間において、ローラー係
合溝の配設ピッチがローラー収容溝の配設ピッチより小
さいので、ローラーの空走距離が減少でき、この結果と
して接続の際の衝撃トルクを低減することができる。そ
して、従来の摩擦力を利用するトルク伝達形式に比較し
てトルク伝達のための伝動子の押圧荷重を低減でき、か
つ上述のように衝撃トルクも低減できるので、一方向性
クラッチ全体の小型軽量化を実現することができる。

【００１４】本発明の第２の構成では、上記第１の構成
において更に、ローラー収容溝の個数がローラー収容溝
の個数の複数倍とされているので、常にローラー全てが
動力伝達に寄与でき、偏心荷重の発生を阻止してローラ
ー１個あたりの負担荷重を軽減して、ローラーなどの小
型軽量化合や素材選択範囲の拡大を実現することができ
る。

【００１５】本発明の第３の構成では、上記第１の構成
において更に、クラッチローラーは転動子非収容側筒部
の各ローラー接触面の周方向における少なくとも第１接
触部位及び第２接触部位で接触し、第１接触部位と第２
接触部位とはそれぞれ軸心からの距離（すなわち径方向
位置）が異なるので、空走距離を更に短縮してクラッチ
ローラーの磨耗を低減することができ、クラッチの断続
を迅速に行うことができる。

【００１６】更に説明すると、ローラー係合溝は最もロ
ーラーと強く係合する最大係合位置（すなわちクラッチ
ローラーがローラー係合溝の肩部に当接する位置）を有
し、オーバーランニング状態からピニオン駆動状態に移
行する際、クラッチローラーがローラー係合溝に対して
周方向へ相対変位してローラの一部又は全部はこの位置
にセットされる。ここで、各クラッチローラーが転動子
非収容側筒部のローラー接触面の径方向等位置に当接さ
れる場合、換言すれば、ローラー係合溝の上記最大係合
位置から等距離に位置する場合、もし各クラッチローラ
ーがこれら最大係合位置から最遠位置に存在したとする
と、全てのクラッチローラーが長い空走距離をいたずら
に相対変位しなければそれぞれローラー係合溝に係合で
きない（落ち込めない）場合が生じ、この場合には、オ
ーバーランニング状態から駆動状態に移行してからすぐ
に一方向性クラッチが繋がらず、このためにクラッチア
ウタ及びクラッチインナのうち、駆動する方が加速され
たり接続衝撃が増大するなどの不具合が生じてしまう。
すなわち、第１の構成で述べた空走距離短縮による作用
効果が減殺される。

【００１７】これに対し、本構成では、ローラー係合溝
の凹設により周方向へ変位するにつれて径方向位置が周
期的に変化するローラー接触面の互いに異なる径方向位
置に別々に位置する第１接触部位、第２接触部位に各ロ
ーラが接触するので、両接触部位のうち、上記最大係合
位置に近い方に存在するクラッチローラーが空走距離が
短いので素早くローラー係合溝の最大係合位置に落ち込
んで先に結合状態（トルク伝達状態）となり、ピニオン
駆動状態となることができる。したがって、第１の構成
の作用効果を一層向上することができる。

【００１８】本発明の第４の構成では、上記第１乃至第
３のいずれかの構成において更に、一方向性クラッチ
が、プラネタリギアを支承する減速軸がピニオンギア側
に連結され、サンギアが電機子出力軸に連結された遊星
減速機構のインターナルギアと固定部材との間に介設さ
れるので、大径の部位に係合溝を多数形成することが可
能となり、係合溝のピッチを一層縮小することができ、
空走距離の一層の短縮及び衝撃トルクの一層の低減を実
現することができる。また、減速比の分だけトルクが小
さく、また径が大きいので伝動子押圧荷重を軽減でき、
衝撃低減及び応力集中の軽減により、低強度の樹脂材料
の採用など素材選択の幅を更に拡大することができる。

【００１９】本発明の第５の構成では、上記第１乃至第
４のいずれかの構成において更に、電機子出力軸とリン
グギヤとの回転数比を掛けて両者の回転数が定回転状態
で等値となるように換算した電機子出力軸の換算回転数
がエンジンのクランキング回転数の脈動変化時の減速局
面にてリングギアの回転数以上となる回転数交差時点以
前にピニオンギアの駆動側の歯面をリングギアの被駆動
側の歯面に当接させる空転トルク値をこの一方向性クラ
ッチに与えるので、上記回転数交差時点経過後、ピニオ
ンギアが電機子出力軸により駆動されてリングギアを駆
動し始める時点でのバックラッシュが解消でき、歯面衝
撃を大幅に低減することができ、その結果、始動騒音低
減及びスタータ強度の格段の低減を実現することができ
る。 以下、本構成の作用効果について更に詳しく説明
する。まず、従来のスタ−タにおける問題を説明する。

【００２０】リングギアとピニオンギアとの噛合を通じ
て始動トルクを伝達する従来のスタータでは、両ギヤの
歯面間の隙間があるためにバックラッシュによる歯面衝
撃が不可避的に発生し、この問題は、スタ−タ内部に減
速装置を有する減速型スタータではピニオンギア側回転
系の慣性が増大するので一層重大となっていた。特に、
エンジンのクランキング時においてはエンジンの爆発行
程期間と圧縮行程期間とでエンジンの発生トルクが正負
に反転し、いわゆるトルク脈動が生じてリングギアの歯
面がピニオンギアの歯面を繰り返し叩く現象が生じ、騒
音低減の障害となっていた。また、この時に生じる大き
な歯面衝撃を考慮してスタータを設計せねばならず、そ
の小型軽量化の障害となっていた。

【００２１】この問題に対し、本構成にように一方向性
クラッチの空転トルクの低減により、両歯面を上記回転
数交差時点以前に当接させると、簡単に歯面衝接時の衝
撃を低減できることがわかった。更に説明すれば、ピニ
オンギアと一体に回転する回転質量系であるピニオンギ
ア回転質量系は、バックラッシュを通じてリングギアに
対して相対微小回転可能となっており、一方向性クラッ
チを通じて電機子出力軸に対して所定の相対回転範囲に
おいて相対回転可能となっている。リングギアのクラン
キング脈動時の減速局面では、いままでリングギアによ
り駆動されていたピニオンギアはリングギアより過渡的
に相対的に高速となり、その結果、ピニオンギアの被駆
動側の歯面はリングギアの駆動側の歯面より離れ、それ
に続く更なるリングギアの減速によりピニオンギアの駆
動側の歯面がリングギアの被駆動側の歯面に当接する。
すなわち、両ギアの当接状態は、ピニオンギア駆動当接
状態からリングギア駆動当接状態に変化する。ピニオン
ギア駆動当接状態は、リングギアの回転数がピニオンギ
アの換算回転数より小さくなった時点から開始される。
リングギア駆動当接状態が生じる時点は、摩擦を無視す
れば原理的には次のように決定される。

【００２２】まず、以下の説明で角速度、角加速度はリ
ングギヤに換算した値とする。時点ｔｐはリングギアが
加速から減速に向かう時点すなわちその振動周期におい
て角速度がピークとなる時点とし、この時のリングギア
の角速度ωｒをωｒｏとし、ピニオンギアの角速度ωｐ
をωｐｏとし、この時のアーマチャの角速度ωａをωａ
ｏとする。ωａｏはωｐｏに等しい。時点ｔｐから時間
Δｔ後の時点ｔ１におけるリングギアの角速度ωｒをω
ｒ１とし、この時のピニオンギアの角速度ωｐをωｐ１
とする。次に、その後、リングギアの角速度ωｒとピニ
オンギアの角速度ωｐとが一致した時点ｔｃ（＝ｔｐ＋
Δｔｐｃ）におけるリングギアの角速度ωｒをωｒ２と
し、ピニオンギアの角速度ωｐをωｐ２とし、この時の
アーマチャの角速度ωａをωａ２とする。当然、ωｒ２
＝ωｐ２＝ωａ２である。

【００２３】ここで、アーマチャの角加速度をα、リン
グギアの角加速度をβ、ピニオンギアの角加速度をγと
する。計算範囲において、これらの角加速度は一定と近
似する。角度で表したバックラッシュ量をθｂ、Ｔｋを
空走トルク、Ｉを慣性質量とする。当然、各加速度は、
加速方向を＋として取り扱う。時点ｔｐから時点ｔｃの
間の期間Δｔｐｃにおいて、すなわち、リングギアの角
速度ωｒがピーク値から減速し、逆にピニオンギアの角
速度ωｐが増大して、両者が一致するまでの期間Δｔｐ
ｃにおいて、以下の数式が成立する。

【００２４】

【数１】ωｒｏ−ωａｏ＝△ｔｐｃ（α−β） 数式１を移項して、

【００２５】

【数２】△ｔｐｃ＝（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β） 次に、時点ｔｐから時点ｔ１の間の期間Δｔ（Δｔ＜Δ
ｔｐｃ）において、以下の数式が成立する。

【００２６】

【数３】θｂ＝０．５（γ−β）△ｔ² 数式２を移項して、

【００２７】

【数４】 △ｔ＝（２θｂ／（γ−β））^1/2 ，（γ−β＞０） なお、γは空走トルクＴｋと慣性質量Ｉとの間で以下の
数式で規定される。

【００２８】

【数５】γ＝−Ｔｋ／Ｉ 上式から、以下の数式が成立する。

【００２９】

【数６】 △ｔｐｃ−△ｔ ＝（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β）ー（（２θｂ）／（γ−β））^1/2 ＝（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β） ー（２θｂ／（−Ｔｋ／Ｉ−β））^1/2 ＞０ 数式６から、以下の数式を導出できる。

【００３０】

【数７】 （（ωｒｏ−ωａｏ）／（α−β））² ＞２θｂ／（−Ｔｋ／Ｉ−β） ＝−２θｂＩ／（Ｔｋ＋βＩ） したがって、次の数式が成り立つ。

【００３１】

【数８】 −（Ｔｋ＋βＩ）＞（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ））² ・２θｂＩ したがって、次の数式が成り立つ。

【００３２】

【数９】 Ｔｋ＜−βＩ−（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ））² ・２θｂＩ 上記数式の物理的な意味を以下に説明する。上記期間に
おいて一方向性クラッチは空転しており、この時、ピニ
オンギア回転質量系から電機子出力軸側へ空転トルクが
供給され、電機子出力軸側の回転質量系はこれにより加
速され、またこの時スタ−タモータが電動動作していれ
ばその電動トルクによっても加速される。逆に、上記両
状態間の間において、ピニオンギア回転質量系は上記空
転トルクによる電機子出力軸の加速により消耗して減速
される。

【００３３】ピニオンギアの減速及び電機子出力軸の増
速によりピニオンギアの換算角速度ωｐが電機子出力軸
の換算角速度ωａに一致する時点をｔｃとすれば、上記
時点ｔｐから時点ｔｃまでの時間（すなわち、ピニオン
ギアがリングギアよるトルクを受け取らなくなってから
ピニオンギアが電機子出力軸と実質的に結合されるまで
の時間）Δｔｐｃを、上記Δｔより長く設定すれば、歯
面衝撃を解消できることがわかる。

【００３４】空転トルクＴｋが大きければ、リングギア
が減速するにも関わらずピニオンギアの運動エネルギ消
耗も大きくなってピニオンギアの減速率も増大する。そ
の結果、ピニオンギアよりリングギアの換算角速度が相
対的に大きくなって、ピニオンギアが上記両歯面間で変
位してバックラッシュを解消する時点が遅れてしまう。
一方、ピニオンギア回転質量系の慣性質量Ｉが増大する
と、空転トルクによる運動エネルギの消耗によるピニオ
ンギアの減速率が小さくなり、この結果、ピニオンギア
がリングギアより相対的に高速化して上記バックラッシ
ュの解消を速やかに行うことができる。

【００３５】すなわち、空転トルクＴｋを（−βＩ−
（（α−β）／（ωｒｏ−ωａｏ）） ² ・２θｂＩ）よ
り小さく設定することにより、歯面衝撃を大幅に低減で
きることがわかる。

【００３６】

【実施例】次に、本実施例のスタ−タを、図１を参照し
て説明する。このスタ−タは、エンジンに配設されたリ
ングギア１００に噛み合うピニオン２００や遊星歯車機
構３００を内包するハウジング４００と、モータ５００
と、マグネットスイッチ６００を内包するエンドフレー
ム７００とに大別される。また、スタ−タの内部では、
ハウジング４００とモータ５００との間がモータ隔壁８
００によって区画されている。 〔ピニオン２００の説明〕図１に示すように、ピニオン
２００には、エンジンのリングギア１００に噛合するピ
ニオンギア２１０が形成されている。

【００３７】ピニオンギア２１０の内周面には、出力軸
２２０に形成されたヘリカルスプライン２２１に嵌まり
合うピニオンヘリカルスプライン２１１が形成されてい
る。一方、ピニオンギア２１０は、圧縮コイルバネより
なるリターンスプリング２４０により常に出力軸２２０
の後方へ付勢されている。リターンスプリング２４０
は、直接ピニオンギア２１０を付勢するのではなく、リ
ング体４２０を介してピニオンギア２１０を付勢する。 〔遊星歯車機構３００の説明〕遊星歯車機構３００は、
図１に示すように、モータ５００の回転数を減速して、
モータ５００の出力トルクを増大する減速手段である。
遊星歯車機構３００は、モータ５００のアーマチャシャ
フト５１０の前側外周に形成されたサンギヤ３１０と、
このサンギヤ３１０に噛合し、このサンギヤ３１０の周
囲で回転する複数のプラネタリーギヤ３２０と、このプ
ラネタリーギヤ３２０をサンギヤ３１０の周囲で回転自
在に支持する出力軸２２０と一体形成されたプラネット
キャリア３３０と、プラネタリーギヤ３２０の外周にお
いてプラネタリーギヤ３２０と噛合する筒状で、かつ樹
脂からなるインターナルギヤ３４０とからなる。 〔オーバーランニングクラッチ３５０の説明〕オーバー
ランニングクラッチ（一方向性クラッチ）３５０は、イ
ンターナルギヤ３４０を、一方向のみ（エンジンの回転
を受けて回転する方向のみ）回転可能に支持されてい
る。オーバーランニングクラッチ３５０は、インターナ
ルギヤ３４０の前側に一体形成された第１の円筒部をな
すクラッチアウタ３５１と、遊星歯車機構３００の前方
を覆う固定側をなすセンターブラケット３６０の後面に
形成されている。一方向性クラッチ３５０は、図２に示
すように、クラッチアウタ３５１の内周と対面して配置
された第２の円筒部をなす環状のクラッチインナ３５２
と、クラッチアウタ３５１の内周面に傾斜して形成され
たローラー収納部（本発明でいうローラー収容溝）３５
１ａに収納されるローラー３５３とを有している。この
ローラー収納部３５１ａは周方向に傾斜しており、スタ
−タ駆動時にローラー３５３と係合するローラー係合面
３５１ｂを有している。

【００３８】クラッチインナ３５２の外周面には、周方
向に複数個のローラー溝部（本発明でいうローラー係合
溝）３５５が形成されている。このローラー溝部３５５
はスタ−タ駆動時にローラー３５３を係合するローラー
係合面３５２ｂと、このローラー収納部３５２ｂに導く
ローラーガイド面３５２ｃとを有している。また、ロー
ラー収納部３５１ａのローラー係合面３５１ｂの対面側
には、スタ−タオーバーラン時に、ローラー３５３をロ
ーラー収納部３５１ａにすくい上げる働きをするローラ
ー収納ガイド部３５１ｄを備える。クラッチアウタ３５
１のローラー係合面３５１ｂと、クラッチインナ３５２
のローラー係合面３５２ｂとの位置関係は、スタ−タ駆
動時にローラー３５３をそれぞれの面でトルク伝達方向
前後から挟み込むように構成されており、クラッチアウ
タ３５１のローラー収納部３５１ａは、スタ−タオーバ
ーラン時に、ローラー３５３を収納した際に、ローラー
３５３の最内径がクラッチインナ３５２の最外径より若
干大きくなるように設定されている。

【００３９】このように構成すれば、スタ−タがエンジ
ンによりオーバーランされた時に、モータ５００とピニ
オンギア２１０との回転差を吸収するようにクラッチア
ウタ３５１であるインターナルギヤ３４０がクラッチイ
ンナ３５２に対し空転すると、ローラー３５３はその遠
心力を受けてクラッチインナ３５２外周面から離脱し、
ローラー３５３やクラッチインナ３５２外周面の異常摩
耗が防止できる。

【００４０】また、クラッチインナ３５２においても、
ローラー係合面３５２ｂとローラー３５３との接触部
で、従来の楔効果を利用したローラー式一方向クラッチ
のような大きな応力がかからず、強度を増大することな
く大トルクの伝達が行える。また、オーバーランニング
クラッチ３５０は、出力軸２２０を軸受３７０を介して
回転自在に支持するセンターブラケット３６０を利用し
ているので、軸方向長も長くすることなしに小型化を図
ることができる。 〔センターブラケット３６０の説明〕センターブラケッ
ト３６０は、ハウジング４００の後側の内部に配置され
ている。ハウジング４００とセンターブラケット３６０
とは、ハウジング４００に係止されている。 〔プラネットキャリア３３０の説明〕プラネットキャリ
ア３３０は、後端に、プラネタリーギヤ３２０を支持す
るために径方向に伸びるフランジ形突出部３３１を備え
る。このフランジ形突出部３３１には、後方に伸びるピ
ン３３２が固定されており、このピン３３２がメタル軸
受３３３を介してプラネタリーギヤ３２０を回転自在に
支持している。

【００４１】また、プラネットキャリア３３０は、前側
端部がハウジング４００の前端内部に固定されたハウジ
ング軸受（図示せず）と、センターブラケット３６０の
内周の内側筒部３６５内に固定されたセンターブラケッ
ト軸受３７０とによって、回転自在に支持されている。
このプラネットキャリア３３０は、内側筒部３６５の前
端位置に環状溝３３４を備え、この環状溝３３４には、
止め輪が嵌め合わされている。この止め輪と内側筒部３
６５の前端との間には、プラネットキャリア３３０に対
して回転自在に装着されたワッシャ３３６が設けられて
おり、止め輪がワッシャ３３６を介して内側筒部３６５
の前端に当接することにより、プラネットキャリア３３
０が後方に移動することが規制される。また、プラネッ
トキャリア３３０の後側を支持するセンターブラケット
軸受３７０の後端は、内側筒部３６５の後端と、フラン
ジ形突出部３３１との間に挟まれるフランジ部３７１を
備え、フランジ形突出部３３１がフランジ部３７１を介
して内側筒部３６５の後端に当接することにより、プラ
ネットキャリア３３０が前方に移動することが規制され
る。

【００４２】なお、プラネットキャリア３３０の後面に
は、軸方向に伸びる凹部３３７を備え、この凹部３３７
内に配置されるプラネットキャリア軸受３８０を介して
アーマチャシャフト５１０の前端を回転自在に支持して
いる。 〔ハウジング４００の説明〕ハウジング４００は、ハウ
ジング４００の前端内部に固定された図示しないハウジ
ング軸受で出力軸２２０を軸支するとともに、図示しな
い開口部からの雨水等の進入を極力低減するために、開
口部にシャッタ４２０が配設される。 〔モータ５００の説明〕モータ５００は、ヨーク５０
１、モータ隔壁８００、不図示のブラシ保持部材に囲ま
れて配置されている。なお、モータ隔壁８００は、セン
ターブラケット３６０との間で遊星歯車機構３００を収
納するもので、遊星歯車機構３００内の潤滑油がモータ
５００に進入するのを防ぐ役目も果たす。

【００４３】モータ５００は、図１に示すように、アー
マチャシャフト５１０、このアーマチャシャフト５１０
に固定されて一体に回転する不図示の電機子鉄心および
電機子コイルから構成されるアーマチャ（図示せず）
と、このアーマチャを回転させる固定磁極（図示せず）
とから構成され、固定磁極はヨーク（図示せず）の内周
に固定されている。 〔アーマチャシャフト５１０の説明〕アーマチャシャフ
ト５１０は、プラネットキャリア３３０の後内部のプラ
ネットキャリア軸受３８０、およびエンドフレーム７０
０内にある図示しない軸受によって回転自在に支持され
る。このアーマチャシャフト５１０の前端は、遊星歯車
機構３００の内側に挿通されるとともに、上述のよう
に、アーマチャシャフト５１０の前端外周には遊星歯車
機構３００のサンギヤ３１０が形成されている。 （作動説明） −始動開始時− 乗員によってキースイッチがスタ−タ位置に設定される
と、バッテリからマグネットスイッチ６００の吸引コイ
ルに通電されて、スイッチ６００の接点がＯＮし、端子
６２０を介してモータ５００へ通電されると同時に、図
示しないピニオン移行装置によりピニオン２００が、リ
ングギア１００に噛合い、モータ５００で発生する回転
力がアーマチャシャフト５１０から減速機構３００を通
じて増大されてプラネットキャリア３３０に伝達され、
更にスプライン２２１、２１１を通じてピニオン２００
へ、更にリングギア１００へと伝達され、エンジンを駆
動する。後述するクランキング状態を経てエンジンが着
火して始動することによってエンジンのリングギア１０
０がピニオンギア２１０の回転よりも速く回転される
と、リングギア１００の回転によってピニオンギア２１
０が回転駆動される。すると、リングギア１００からピ
ニオンギア２１０に伝えられた回転トルクは、プラネッ
トキャリア３３０を介してプラネタリーギヤ３２０を支
持するピン３３２に伝えられる。つまり、プラネットキ
ャリア３３０によってプラネタリーギヤ３２０が駆動さ
れる。すると、インターナルギヤ３４０には、エンジン
始動時とは逆回転のトルクがかかるため、オーバーラン
ニングクラッチ３５０がリングギア１００の回転を許
す。つまり、インターナルギヤ３４０にエンジン始動時
とは逆回転のトルクがかかると、オーバーランニングク
ラッチ３５０のローラー３５３がクラッチインナ３５２
より離脱し、インターナルギヤ３４０の回転が可能にな
る。

【００４４】つまり、エンジンが始動して、エンジンの
リングギア１００がピニオンギア２１０を回転駆動する
相対回転は、オーバーランニングクラッチ３５０で吸収
され、エンジンによってアーマチャが回転駆動されるこ
とがない。エンジンが始動すると、乗員によってキース
イッチ１０がスタ−ト位置から外され、マグネットスイ
ッチ６００の吸引コイル６５０への通電が停止される。

【００４５】これによりスイッチの接点がＯＦＦすると
同時に図示しないピニオン移行装置も通電前の状態へ戻
り、ピニオン２００はリターンスプリング２４０により
リングギアより離脱し、静止状態へ戻る。 −駆動状態（クランキング）時− 駆動状態（クランキング）を図２又は図３を参照して説
明する。なお、図３はローラー収納部３５１ａの周方向
における配設位置を図２に対して変更した変形例である
が、構成要素の構造、作用は同じであるので共通機能を
有する構成要素には共通符号を付す。このローラー収納
部３５１ａの周方向における配設位置の変更により、図
３のクラッチ３５０のローラー３５３はクランキング時
に全てローラー溝部３５５に収容され、かつ全てのロー
ラー３５３はローラー溝部３５５のローラー係合面３５
２ｂに係合している。すなわち、全てのローラー３５３
はそれぞれ等径位置にてクラッチインナ３５２と係合し
ている。一方、図２のクラッチ３５０のローラー３５３
の内、互いに１２０度離れた３つのローラー３５３はク
ランキング時に全てローラー溝部３５５に収容され、か
つこれら３つのローラー３５３はローラー溝部３５５の
ローラー係合面３５２ｂに接触している。すなわち、こ
れら３つのローラー３５３はそれぞれ等径位置にてクラ
ッチインナ３５２と係合している。一方、図２のクラッ
チ３５０のローラー３５３の内、互いに１２０度離れた
残りの３つのローラー３５３はクランキング時にローラ
ー係合面３５２ｂよりも浅いローラー係合面３５２ｃに
接触している。すなわち、残りの３つのローラー３５３
は最初の３つのローラー３５３よりも軸心から遠い位置
にてクラッチインナ３５２に接触している。

【００４６】すなわち、クランキング状態において、一
部又は全部のローラー３５３はアウタ３５１の溝部３５
１ａとインナの溝部３５２ａとで形成される空間に収納
され、ローラー係合面３５１ｂと３５２ｂとローラー３
５３との接触によりトルクを伝達する。 −オーバーランニング状態時− オーバーラン時には、図４に示すようにローラー３５３
は遠心力によりアウタ３５１の溝部３５１ａ、３５１ｄ
に収納され、アウタ３５１とインナ３５２と相対回転自
在となる。 −オーバーランから駆動への移行時− オーバーラン状態からクランキング状態への移行は、図
５に示す過程を経て行われる。まずオーバーラン状態で
は、図４に示すようにエンジン回転数がスタ−タの回転
数より高いため、これを吸収するようにインターナルギ
ヤ３４０と直結したアウタ３５１が反時計方向に回転
（空転）している。エンジン回転数とスタ−タ回転数が
一致すると、アウタ３５１の回転数は「０」となる。こ
の時点で伝動子３５３とアウタ３５１及びインナ３５２
との関係が、図５の（ａ）に示すようになっていると、
トルク伝達するまでには空走距離Ｌだけ空走が生じれ
ば、アウタ３５１は時計廻り方向に回転スピードを持っ
た状態で駆動状態へ移行する。この時、衝撃が発生し、
その衝撃の大きさはアウタ３５１の回転スピードに係わ
るスタ−タとエンジンとの回転差に比例している。

【００４７】本実施例では図２に示すように、クラッチ
アウタ３５１のローラー収納部（本発明でいうローラー
収容溝）３５１ａより、クラッチインナ３５２のローラ
ー溝部（本発明でいうローラー係合溝）３５５を格段に
多く増設している。これにより、オーバーランニング状
態から駆動状態への移行に際して、ローラー３５３の空
走距離すなわち、現在位置に最も回転方向下流側で近接
するローラー係合面３５２ｂまでの周方向距離は短縮さ
れ、この空走距離短縮により前述の作用効果を奏するこ
とができる。

【００４８】更に、図２の態様では、インナ３５２の外
周面とローラー３５３との接触部位の径方向位置が複数
設定されている．このようにすれば、インナ３５２のロ
ーラー溝部３５５のうちの１部が最悪の位置（空走距離
が最も大きい）にあったとしても、残部が素早くローラ
ー溝部３５５に落ち込んで駆動状態に達し（空走距離Ｌ
が短縮され）、アウタ３５１の回転スピードが小さくな
り、一方向性クラッチ３５０の結合衝撃を低減すること
ができる。

【００４９】図６及び図７は図２の変形態様であるが、
図２と同様にインナ３５２の外周面とローラー３５３と
の接触部位の径方向位置が複数設定されている点では同
じである。ただ、図６ではローラー溝部３５５の周方向
配設ピッチを代えてこの構成を実現しているが、図７で
はローラー収納部の周方向配設ピッチを代えてこの構成
を実現している。

【００５０】また、図３では、クラッチインナ３５２の
ローラー溝部（本発明でいうローラー係合溝）３５５を
クラッチアウタ３５１のローラー収納部（本発明でいう
ローラー収容溝）３５１ａの整数（５）倍としている。
このように均等ピッチで整数倍とすることにより、全て
のローラー３５３がトルク伝達に寄与できる。また、偏
心荷重の発生も抑止することができるために、ローラー
３５３の一個当たりの荷重負担を低減しかつ均等化する
ことができ、クラッチの長寿命化及び小型軽量化を実現
することができる。

【００５１】更に、上記各実施例の一方向性クラッチ
は、従来と同じくピニオンと一体に配置してもよく、そ
の一例を図８に示す。３００ａは遊星減速機構、２００
０はピニオン、３５００は一方向性クラッチ、３５３０
はクラッチローラー、３５１０はクラッチアウタ、３５
２０はクラッチインナである。 （実施例２）他の実施例を図９を参照して説明する。

【００５２】図９にエンジン着火前のクランキング状態
でのリングギア１００の回転数及びモータ軸（電機子出
力軸）５１０の換算回転数の時間変化を示し、図１０に
従来のスタ−タにおけるエンジン着火後のクランキング
状態でのリングギア１００の回転数及びモータ軸（電機
子出力軸）５１０の換算回転数の時間変化を示し、図１
１に本実施例のスタ−タにおけるエンジン着火後のクラ
ンキング状態でのリングギア１００の回転数及びモータ
軸（電機子出力軸）５１０の換算回転数の時間変化を示
す。なお、上記従来のスタータに比べて本実施例のスタ
ータは一方向性クラッチ３５０の空転トルクが所定値以
下に低減されている。

【００５３】まず、従来のクラッチを用いた場合を図
９、図１０にて説明する。図９のようにクランキング行
程において上死点を過ぎると、エンジン（以後、エンジ
ンはリングギア１００と一体回転するためリングギア１
００の運動をエンジンの運動として説明する）は、膨張
行程となるため急激に速度（回転数）が上昇する。しか
し、スタ−タモータ５００は、エンジンからの力がクラ
ッチ３５０で遮断されるため、モータ５００自身のトル
クとクラッチ３５０の空転トルクとの合成トルクにて加
速されるのみである。従って、図９の破線のようにリン
グギア１００と比較してゆっくり増速する。この時、ピ
ニオンギア２１０は、図１２のようにＢ面にてリングギ
ア１００より力を受けてリングギア１００と同一速度と
なっている。リングギア１００が更に回転し、中間点を
過ぎると、図９の実線のようにリングギア１００は圧縮
力により減速される。この状態では、破線で示すように
スタ−タモータ５００は更に加速を続けている。一方、
ピニオンギア２１０は、クラッチ３５０の空転トルクに
より減速されながら図１０のようにリングギア１００と
噛合ったまま一体で回転している。この時、従来のクラ
ッチでは空転トルクがピニオン２００等の慣性に対して
大きくされていてリングギア１００より速く減速される
ため、依然として図１２のようにリングギア１００より
力を受ける状態となっている。更に、リングギア１００
が回転すると圧縮力が大きくなり急速に減速され、つい
には増速中のスタ−タモータ５００の回転とＡ点にて同
一となる。この直前の時点ではまだ図１２のように、リ
ングギア１００からピニオンギア２１０、クラッチ３５
０を介してモータ５００へ力が伝達される状態であり、
モータ軸（電機子出力軸）５１０とリングギア１００の
間には図１２、図１４のようにギア間の駆動側のバック
ラッシュＣｎ、Ｃｎ１、Ｃｎ２やクラッチの遊び等があ
り、すぐには、モータ５００からの動力をリングギア１
００に伝達できない。従ってギア間のバックラッシュや
クラッチの遊びが「０」となり駆動が可能となるまでに
空走状態が生じ、図９に示すようにリングギア１００は
更に減速され、モータ５００は更に加速された状態とな
り、大きな相対回転差（Ｎ１）が生じた後、Ｂ点にて初
めて動力を伝達する事になる。当然、ギア間では衝突が
生じ、大きな衝撃や、騒音が発生する。また、この衝突
によりスタ−タモータ５００は図９に示すように急激に
減速されるとともにリングギア１００は加速されるた
め、リングギア１００の回転がスタ−タモータ５００の
回転より再度大きくなる現象が生じる。従って上死点を
すぎるまで衝突を繰り返す事となる。

【００５４】一方、本実施例のスタ−タでは図１１に示
すように、膨張行程から圧縮行程へ入いる場合におい
て、ピニオンギア２１０を減速させるクラッチ３５０の
空転トルクが小さくされているので、ピニオンギア２１
０の減速がリングギア１００の減速より遅くなり（図１
１の破線参照）、駆動側のバックラッシュは図１１のＣ
点において図１３のように「０」の状態となる。従っ
て、Ａ点において、ピニオンギア２１０とリングギア１
００と間のバックラッシュのための空走は生じない。

【００５５】次に、この時の遊星減速機構３００におけ
る状態を説明する。まず、圧縮行程に入ってリングギア
１００が減速され始めると、ピニオンギアを含む減速部
は、慣性にて回転をつづけようとしている。この時、イ
ンターナルギヤ３４０はクラッチの空転トルクにより減
速される。しかし、図１４に示すようにインターナルギ
ヤ３４０とプラネタリギヤ３２０は噛合っているため、
プラネタリギヤ３２０、シャフト３３１、ピニオンギア
２００も同時に減速される。ところで、アーマチャギア
３１０はモータ５００の増速により加速されているた
め、図１４に示したプラネタリギヤ３２０とアーマチャ
ギア３１０との間のバックラッシュＣｎ２はすぐに
「０」となり、アーマチャギア３１０からプラネタリギ
ヤ３２０に動力を伝える状態となる。

【００５６】このアーマチャギア３１０からの動力によ
り加速されたプラネタリギヤ３２０は図１４に示すイン
ターナルギヤ３４０とのバックラッシュＣｎ１を「０」
とするように回転し、図１５及び図１６の駆動状態と同
じ、ギアの噛合状態となる。従って、内部減速装置３０
０内のバックラッシュも「０」となり、図１１のＡ点に
おいてギア間のバックラッシュによる空走がなくなる。

【００５７】なお、一方向性クラッチ３５０の空転トル
クＴｋを（−βＩ−（（α−β）／（ωｒｏ−ωａ
ｏ））² ・２θｂＩ）より小さく設定することにより、
歯面衝撃を大幅に低減できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスタ−タの一実施例を示す一部破断軸
方向側面図である。

【図２】図１のスタ−タの一方向性クラッチの変形例の
クランキング時における断面図である。

【図３】図１のスタ−タの一方向性クラッチのクランキ
ング時における断面図である。

【図４】図１のスタ−タの一方向性クラッチのオーバー
ランニング時における断面図である。

【図５】図１のスタ−タの一方向性クラッチのオーバー
ランニング状態から駆動状態への過渡状態を示す断面図
である。

【図６】図２の一方向性クラッチの他の変形例を示す断
面図である。

【図７】図２の一方向性クラッチの他の変形例を示す断
面図である。

【図８】図１のスタ−タの変形例を示す断面図である。

【図９】従来におけるエンジン未着火時のエンジンクラ
ンキング脈動状態におけるリングギア、ピニオンギア、
電機子出力軸の回転数の変化を示す図である。

【図１０】従来におけるエンジン着火後のエンジンクラ
ンキング脈動状態におけるリングギア、ピニオンギア、
電機子出力軸の回転数の変化を示す図である。

【図１１】エンジン着火後のエンジンクランキング脈動
時のリングギア、ピニオンギア、電機子出力軸の回転数
の変化を示す図である。

【図１２】リングギア１００及びピニオンギア２１０の
オーバーラン時の状態を示す図である。

【図１３】リングギア１００及びピニオンギア２１０の
駆動時の状態を示す図である。

【図１４】遊星減速機構の各ギヤのオーバーラン時の状
態を示す図である。

【図１５】リングギア１００及びピニオンギア２１０の
駆動時の状態を示す図である。

【図１６】遊星減速機構の各ギヤのオーバーラン時（圧
縮行程時）の状態を示す図である。

【符号の説明】

１００はリングギア、２１０はピニオンギア、５１０は
電機子出力軸、３５０は一方向性クラッチ、３５１はク
ラッチアウタ、３５２はクラッチインナ、３５３はクラ
ッチローラー、３５５はローラー溝部、３５１ａはロー
ラー収納部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ローラー接触面をなす外周面にローラー係
   合溝及びローラー収容溝の一方が互いに周方向へ所定間
   隔を隔てて複数凹設されたクラッチインナと、前記クラ
   ッチインナの前記外周面に対して径方向へ所定間隙を隔
   てて対面してローラー接触面をなす内周面に前記両溝の
   他方が互いに周方向へ所定間隔を隔てて複数凹設された
   クラッチアウタと、前記ローラー収容溝に略周方向へ変
   位可能に個別に収容されるとともに前記ローラー収容溝
   の所定の接続位置にて前記ローラー係合溝に係合して前
   記クラッチインナ及びクラッチアウタ間の一方向のトル
   ク伝達を仲介する複数のクラッチローラーと、前記クラ
   ッチローラーを前記接続位置へ向けて付勢する付勢手段
   とを備え、リングギアに噛合するピニオンギアと電機子
   側出力軸との間に介設されて前記電機子側出力軸から前
   記ピニオンギアへトルクを伝達する一方向性クラッチで
   あって、 前記ローラー係合溝は周方向へ前記ローラー収容溝より
   も多数配設されていることを特徴とするスタ−タ用一方
   向性クラッチ。
2. 【請求項２】前記ローラー収容溝の個数は前記ローラー
   収容溝の個数の複数倍である請求項１記載のスタ−タ用
   一方向性クラッチ。
3. 【請求項３】前記複数のクラッチローラーの一部は前記
   ローラー係合溝を含む前記ローラー接触面の第１接触部
   位で接触し、前記複数のクラッチローラーの残部は前記
   ローラー係合溝を含む前記ローラー接触面の第２接触部
   位で接触し、前記両接触部位の径方向位置は異なる請求
   項１記載のスタ−タ用一方向性クラッチ。
4. 【請求項４】前記一方向性クラッチは、プラネタリギア
   を支承する減速軸がピニオンギア側に連結され、サンギ
   アが電機子出力軸に連結された遊星減速機構のインター
   ナルギアと固定部材との間に介設される請求項１乃至３
   のいずれか記載のスタ−タ用一方向性クラッチ。
5. 【請求項５】前記電機子出力軸と前記リングギヤとの回
   転数比を掛けて前記両者の回転数が定回転状態で等値と
   なるように換算した前記電機子出力軸の換算回転数が前
   記エンジンのクランキング回転数の脈動変化時の減速局
   面にて前記リングギアの回転数以上となる回転数交差時
   点以前に前記ピニオンギアの駆動側の歯面を前記リング
   ギアの被駆動側の歯面に当接させる所定の空転トルク値
   を有する請求項１乃至４のいずれか記載のスタ−タ用一
   方向性クラッチ。