スタータモータ
スタータモータは、内燃機関の始動時にクランクシャフトを初期回転させる電動機である。車両のバッテリーから大電流を受け、ソレノイド（マグネットスイッチ）によってピニオンギヤをフライホイールのリングギヤに噛み合わせ、瞬間的に高トルクを出してエンジンを回す。減速機構（主に遊星歯車）を備える方式が主流で、コンパクトで高効率な設計が可能である。エンジンが自力燃焼を開始すると、オーバーランニングクラッチにより駆動が切り離され、ギヤは自動的に退避する仕組みである。
構造と主要部品
- 直流モータ部：アーマチュア、フィールド（永久磁石または巻線）、コミュテータ、ブラシから構成される。
- ソレノイドスイッチ：電磁力でプランジャを引き込み、ピニオンの前進と主接点の導通を同時に行う。
- ピニオンギヤ＆オーバーランニングクラッチ：噛合と空転保護を担い、エンジン始動後の逆駆動からモータを守る。
- 減速機構：遊星歯車によりトルクを増幅し、コンパクト化と効率向上を図る。
- ハウジング：アルミ合金ダイカスト等で軽量・放熱・剛性を両立する。
作動原理
- キー操作またはECU制御でスタート信号が入り、ソレノイドが作動する。
- プランジャの移動でピニオンが前進し、リングギヤと噛み合う。
- 主接点が閉じ大電流が流れてスタータモータが回転、クランクシャフトを駆動する。
- エンジン始動後はオーバーランニングクラッチが空転し、ソレノイド復帰でピニオンが退避する。
電気特性と性能指標
乗用車では定格電圧12V（商用車は24V）が一般的である。始動電流は数百Aに達し、短時間で高トルクを要求される。指標には定格出力（kW）、無負荷電流、始動時電圧降下、始動時間、効率、温度上昇などがある。配線抵抗や接触抵抗は性能を大きく左右するため、端子の清浄性やケーブル断面の適正化が重要である。
制御方式の進化
従来はイグニッションキーとリレーによる単純制御であったが、近年はECUがクランキング時間・再始動制御・電圧監視を統合的に行う。アイドリングストップでは高頻度始動に耐える設計（ブラシ材質、摺動部潤滑、熱対策）が求められる。48Vマイルドハイブリッドではベルト駆動のBSGや、発電機能を統合したISGの採用が進むが、これらはスタータモータの拡張・代替アーキテクチャとして位置づけられる。
故障モードと診断
- カチカチ音のみ：ソレノイド作動はするが主接点不良や電圧不足の疑い。
- 回転が遅い：バッテリー電圧低下、配線の電圧降下、ブラシ摩耗、アーマチュア短絡など。
- 空回り音：オーバーランニングクラッチ滑り、ピニオンとリングギヤの噛合不良。
- 全く回らない：アース不良、主ヒューズ断、コミュテータ焼損。
診断では電圧降下試験（端子間・ケーブル両端）、始動時電流測定、端子接触の点検、異音の聴診を行う。規定トルクでの固定、ギヤ歯面の摩耗確認、ベンチテストによる無負荷回転数・電流値の比較も有効である。
整備・交換と安全
整備時は高電流回路であることを念頭に、まずマイナス端子を外す。取り外し後はブラシ長、スプリング荷重、コミュテータ段差、ベアリングのガタ、クラッチの一方向性を点検する。交換時はシム調整や取付偏心を管理し、ギヤ噛合クリアランスを規定内に収める。リビルト品はコストと環境負荷の点で有利であるが、保証と仕様適合を確認すべきである。
設計・製造上の要点
高トルクと耐久性の両立には磁気回路の最適化、銅ロス・鉄損の低減、ブラシの整流特性、潤滑・シール設計が重要である。NVH低減には歯形修整や剛性配分、浮動支持構造が有効である。信頼性面では耐熱・耐振・耐水・耐泥の試験やクランキングサイクル耐久が要求される。量産ではアルミダイカスト精度、巻線工程の品質、接点メッキの均一性が歩留まりを左右する。
関連機器との関係
バッテリーは始動電力の源であり、低温時や劣化時には内部抵抗上昇で電圧が降下する。発電・充電側のオルタネータは走行中に電力を供給し、次回始動に備えて充電を行う。リングギヤの歯損は始動不良や異音を誘発し、ECUの始動禁止ロジックはクラッチやシフト位置、ペダル操作などの条件を監視して誤始動を防止する。
規格・用語
- ピニオンギヤ：スタータの小歯車で、リングギヤと噛合してトルクを伝達する。
- オーバーランニングクラッチ：エンジン始動後の逆駆動からモータを保護する一方向クラッチ。
- 減速式スタータ：遊星歯車でトルクを増幅し、小型・高効率化を図る方式。
- 電圧降下試験：始動回路の抵抗増加を検出する基本試験である。
スタータモータは電機・機械・制御の要素が高度に統合された機器であり、信頼性確保のため設計・製造・保守の各段で体系的な管理が必要である。車両の使用環境（温度、湿度、振動、泥水）に適合させる総合的な堅牢化も不可欠である。