JP2002349605A - 流体摩擦クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】従来のこの型式の流体クラツチは、ソレノイド
機構により作動されるピストンロツドは回転する駆動軸
内に一体化されており、駆動軸と共に回転するアクチユ
エータコイル内に作動電流を導入する際に、摩擦・摩耗
し易い摩擦接点を介すため摩耗が課題である。 【解決手段】クラッチを制御する弁要素２２は、クラッ
チの駆動軸１２内を同軸状に案内されるピストンロッド
２４によりソレノイド制御装置を介して作動される。ピ
ストンロッド２４は、駆動軸１２内を案内されるアンカ
ー２８を備えている。駆動軸１２上に回転可能に座した
磁石本体３２内にアクチュエータコイル３４が受け入れ
られる。アンカー２８を案内する駆動軸１２には、非磁
気の分離空隙３８が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、請求項１の
序文に記載された内燃機関のラジエータのファン用流体
摩擦クラッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】この型式の流体クラッチは、米国特許第
４，３０５，４９１号から既知である。粘性クラッチと
称されることが多い流体摩擦クラッチは、内燃機関のラ
ジエータ用のファンを駆動する機能を果たす。このクラ
ッチは、温度センサによって制御される。このため、ピ
ストンロッドを介して弁要素を作動させるソレノイドす
なわち持ち上げ磁石が採用され、該弁は、作用空間内に
て粘性流体の供給を制御し、この作用空間内にて、この
流体はクラッチ機構の駆動側と被駆動側とを摩擦係合さ
せる。

【０００３】駆動軸内に同軸状に配置されたピストンロ
ッドにより弁要素を作動させることは、ソレノイド、従
って制御接続部をクラッチ及びクラッチ被駆動ファンの
後側に配置することを可能にする。これにより、ファン
及びクラッチを、スペースを節約し且つ組み立てが容易
な構造とすることが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既知の流体摩擦クラッ
チにおいて、ソレノイド機構の全体及び該ソレノイド機
構により作動されるピストンロッドは回転する駆動軸内
に一体化される。このように、摩擦磨耗し易い摩擦接点
を介して、駆動軸と共に回転するアクチュエータコイル
内に作動電流を導入することが必要となる。

【０００５】このように、本発明は、磨耗し易い摩擦接
点を不要にすることができるように、上述した型式の流
体摩擦クラッチを改良するという課題に基づくものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明に従
って、請求項１による特徴を有する流体摩擦クラッチに
より解決される。

【０００７】本発明の有益な実施の形態及び更なる展開
例が従属請求項に記載されている。本発明によれば、ピ
ストンロッドを作動させるためのアンカーは、中空の駆
動軸内にて同軸状に直接案内される。これに反して、ア
ーマチャコイルは、駆動軸内で一体化されず、駆動軸を
同軸状に取り巻き且つその内部にて駆動軸が回転可能で
ある特殊な磁石本体内に着座している。このようにし
て、磁石本体は、アーマチャコイルと固定状態に組み立
て、アーマチャコイル内に電流を導入するため摩擦接点
が一切不要であるようにすることができる。少なくとも
一部分、アンカーを案内し且つ取り巻く駆動軸は、軟質
磁性材料で出来ており、非磁気材料から成る分離空隙は
磁石の流れが駆動軸内で短絡されず、アンカーを通じて
案内されることを実現する。同様に、磁石本体は、軟質
磁性材料で出来ており、このため、アーマチャコイルの
磁気流れは、磁石本体、アンカーを取り巻く駆動軸の領
域及びアンカーを通って案内される。アーマチャコイル
が固定された構造は、製造及び組み立てを簡略化し且つ
欠点の可能性を少なくする。

【０００８】ソレノイド制御装置は、アンカーが２つの
端部位置の間を移動するように設計することができる。
このようないわゆるオン・オフ制御において、クラッ
チ、従ってこれと共にファンは、サイクル式に段階時間
毎に作動される。サイクルの周期が装置の能力（慣性質
量モーメント及び流体の粘度）によって決まる限界又は
制限周期を上廻るならば、アンカー及び弁要素は、スイ
ッチサイクル時間内にて完全なストロークサイクルを行
うことができず、アンカー及び弁要素は、ストローク経
路内の中間位置に配置され又はその中間位置に設定され
る。このように、ストローク経路に沿ったアンカーの位
置、及びこれと共に、弁要素の開き角度は、クラッチの
連続的な係合が実現されるようにサイクルの周期を介し
て制御することができる。

【０００９】別の実施の形態において、ソレノイドは、
比例ソレノイドとして制御される。これにより、一方に
て、励起電流により決定される磁力であり及び他方に
て、戻りばね力であるという、アンカーに作用する力を
均衡させることにより、ハブの全ストローク長さ内でア
ンカーのハブの位置を連続的に調節することができる。
励起電流の強度を制御し且つ駆動軸の鉄磁気領域内へ入
るアンカーの程度を増すことにより、この実施の形態に
てクラッチの連続的な係合を制御することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、図面に図示した実施の形
態に基づいて本発明をより詳細に説明する。流体摩擦ク
ラッチは、モータの被駆動軸（図示せず（例えば、クラ
ンク軸、水ポンプの軸））を介して内燃機関のラジエー
タ用のファン（図面に詳細には図示せず）を駆動する作
用を果たす。

【００１１】クラッチ軸すなわち駆動軸１２は、フラン
ジ１０によってこの被駆動軸の前端上に回転しないよう
固定されている。駆動軸１２は、中空の軸として形成さ
れ且つ軟質磁性材料で出来ている。フランジ１０と反対
側の側部である、駆動軸１２の前端には、流体摩擦クラ
ッチが設けられており、図示しないファンは、この流体
摩擦クラッチを介して駆動軸１２を介して駆動可能であ
る。

【００１２】流体摩擦クラッチは、基本的に、ディスク
の形状をしており、また、駆動軸１２の前端に回転しな
いように固着状態に座した駆動側の第一のクラッチ手段
１４から成っている。被駆動側の第二のクラッチ手段
は、クラッチハウジング１６により形成されており、こ
のクラッチハウジング１６は、ベアリング１８を介して
第一のクラッチ手段１４の後方にて駆動軸１２に回転可
能に取り付けられている。クラッチハウジング１６は、
その周縁に、ファンのブレード（図示せず）を保持して
いる。クラッチハウジング１６には、クラッチハウジン
グカバー２０が密封可能に固着されている。クラッチハ
ウジングカバー２０は、前側部にてクラッチハウジング
１６を閉じ且つ該クラッチハウジングと共に、粘性流体
用の受け入れスペースを形成する。この受け入れスペー
スは、第一のクラッチ手段１４によって第一のクラッチ
手段１４とクラッチハウジングカバー２０との間の供給
スペースと、第一のクラッチ手段１４とクラッチハウジ
ング１６との間の作用スペースとに分割されている。

【００１３】第一のクラッチ手段１４及びクラッチハウ
ジング１６は、半径方向面内を伸びるディスク形状のせ
ん断面を介して互いに対向しているすなわち互いに向き
合っている。作用スペース内に配置された粘性流体は、
せん断面の間に入り、これにより、駆動軸１２により駆
動される第一のクラッチ手段１４は、摩擦係合状態の
下、継手ハウジング１６を共に移動させ、このため、流
体摩擦クラッチが係合して、ファンが駆動される。弁要
素２２が供給スペース内に設けられており、この弁要素
は弁の開口部と共に作用し、粘性流体が供給スペースか
ら作用スペース内に流れるのを許容する流体摩擦クラッ
チを制御する働きをする。弁要素２２が第一のクラッチ
手段１４から軸方向に持ち上げられると、すなわち、図
面の左方向に移動されると、該弁要素は弁開口部を露出
させ、流体が作用スペース内に入り、その結果、第一の
クラッチ手段１４とクラッチハウジング１６とが摩擦係
合する。弁要素２２が第一のクラッチ手段１４に対し移
動されると、すなわち、図面の右方向に移動されると、
該弁要素がこの弁開口部を閉じる程度が益々増して、こ
のため作用スペースに入る流体は益々少なくなり、最終
的に、最早、作用スペースに入ることのできる流体はな
くなる。第一のクラッチ手段１４からクラッチハウジン
グ１６及びファンへのトルクの伝達は、益々減少し、最
終的に完全に遮断される。

【００１４】流体摩擦クラッチ及び弁要素の設計は本発
明の一部ではなく、従って、これらは任意の所望の仕方
にて設計することができる。このため、その詳細な説明
は本明細書にて不要である。

【００１５】弁要素２２が作動するために、以下に説明
する持ち上げ磁石すなわちソレノイド制御装置が採用さ
れる。中空軸として設計された駆動軸１２において、軸
方向に変位可能なピストンロッド２４が案内される。駆
動軸１２の前端から突き出すピストンロッド２４の前端
には弁要素２２が固着されている。ヘリカル圧縮ばねと
して設計された戻しばね２６は、駆動軸１２の前端内に
受け入れられ且つピストンロッド２４を取り巻いてい
る。戻しばね２６は、その前端が弁要素２２に対し位置
し且つその後端が駆動軸１２の内側肩部により支持され
ていて、このため、戻しばね２６は、弁の開き位置に
て、すなわち、図面の左方向に向けて弁要素２２を予め
弾圧する。

【００１６】ピストンロッド２４の後端には、軟質磁性
材料で出来た円筒状アンカー２８が固定されている。ア
ンカー２８は、駆動軸１２の軸方向内側ボアから更なる
幅広部分又は穿孔部分内で軸方向に案内される。アンカ
ー２８は、前方ストローク端部位置と図面に図示した後
方ストローク端部位置との間にて軸方向に可動である。
前方ストローク端部位置にあるとき、アンカー２８は、
駆動軸１２の内側肩部に軸方向に当接する。このストロ
ーク端部位置にあるとき、弁要素２２は、弁開口部から
持ち上げられ、このため、粘性流体はクラッチを係合さ
せるべく作用スペースに入ることができる。後方ストロ
ーク端部位置にあるとき、ピストンロッド２４は、軟質
磁性材料から成る当接部３０に対しアンカー２８が当接
し、このことは、後端におけるアンカー２８を案内する
駆動軸１２の幅広の内側ボアを閉じることになる。アン
カー２８が後端位置にあるとき、弁要素２２は、弁開口
部を閉じ、このため、供給スペースから作用スペースへ
の流体の供給が遮断され、クラッチは非係合状態とな
る。

【００１７】アンカーストローク経路の領域内にて駆動
軸１２の外周縁には、軟質磁性材料で出来た磁石本体３
２が座している。この磁石本体３２は、駆動軸１２を同
軸状に取り巻き且つアーマチャコイル３４を取り囲んで
おり、該アーマチャコイルは、磁石本体３２の内周面に
受け入れられている。磁石本体３２は、アーマチャコイ
ル３４の両側部でころベアリング３６を介して駆動軸１
２に回転可能に軸方向に取り付けられている。

【００１８】アンカー２８の受け入れスペースを取り巻
く軸方向領域内にて、駆動軸１２は、非磁化材料で出来
た分離空隙３８によって中断されている。分離空隙３８
は、例えば、溶接、はんだ付け又は接着によって駆動軸
１２のジャケット内に座したリングにより形成される。
図面から理解し得るように、そのストローク動作中、ア
ンカー２８の自由な背面が駆動軸１２の軟質の磁性ジャ
ケットの円錐状に後方に幅広の縁部４４内を軸方向に動
くように、分離空隙３８が軸方向に寸法決めされ且つ配
置されている。アンカー２８が肩部４４の拡がる材料の
厚さ部分と軸方向に重なり合う程度が増すことは、アー
マチャコイル３４の流れ又は励起とアンカー２８のスト
ローク力とを比例させることになる。アーマチャコイル
３４は、基本的に分離空隙３８の長さに亙って軸方向に
伸び、これにより、アクチュエータコイル３４のジャケ
ット内面は、駆動軸１２及び分離空隙３８に対する半径
方向遊びを十分に提供して自由回転を可能にする。磁石
本体３２は、アクチュエータコイル３４の両側部にて分
離空隙３８を超えて軸方向に伸び且つ軸方向に向けて駆
動軸１２の軟質磁性材料と重なり合う。

【００１９】ソレノイドを比例制御することが不要であ
るならば（例えば、オン・オフ駆動のとき）、この場
合、肩部４４は、異なる形状にて設計することもでき、
又はアンカーストローク経路が駆動軸１２の軟質磁性材
料と重なり合うことを完全に省くことができる。

【００２０】駆動軸１２は、フランジ１０を介して被駆
動軸と接続され、これにより、回転可能に駆動される。
アーマチャコイル３４を有する磁石本体３２は位置固定
状態に取り付けられ、このため、位置が固定された接続
部４０及びプラグコネクタ４２を介して励起電流をアー
マチャコイル３４に供給することができる。ソレノイド
制御装置及びその接続回路が流体摩擦クラッチ及びファ
ンの後側に設けられ、また位置固定状態に取り付けるこ
とができる。これにより、一方にて、スペースを節約
し、他方にて構造的に簡単な組立体とすることができ
る。

【００２１】作動時、駆動軸１２は被駆動軸を介して駆
動される。電子的制御装置が冷却条件（例えば、冷却水
の温度）に依存してアクチュエータコイル３４の励起を
制御する。増大した冷却効果が必要であるならば、アー
マチャコイル３４への電気の供給が遮断される。磁力は
アンカー２８に作用しない。戻しばね２６が弁要素２２
を弁開口部から持ち上げ、このため、流体は作用スペー
ス内に流れ且つ継手に係合する。ファンが駆動される。

【００２２】冷却力を減少させるべきならば、その場
合、アーマチャコイル３４を励起させる。アーマチャコ
イル３４により発生された磁気流れは、図面に点線を使
用して示すように、軟質磁性磁石本体３２、軟質磁性駆
動軸１２及び軟質磁性アンカー２８並びに軟質磁性当接
部３０を通じて向けられる。これにより、アンカーが後
方に向けて、すなわち図面の右方向に向けて動くとき、
アンカー２８に作用する磁力は増大し、アンカー２８の
後面と、分離空隙３８の後部壁における磁気肩部４４と
の間の磁気が流れるための断面積はより大きくなる。ア
ンカーを後方に向けて動かす、アンカー２８に作用する
磁力は、戻しばね２６の復帰ばね力に抗して作用する。
比例式ソレノイドとして作動する間、アンカー２８のス
トローク位置及びこれと共に、弁要素２２の開き程度
は、これら２つの力が均衡することにより決まる。アー
マチャコイル３４に供給される電流の強度が増大するな
らば、その場合、アンカー２８に作用する磁力は増大
し、戻しばね２６の増大する復帰力が磁力と釣り合う
迄、アンカー２８は後方に動き且つ弁要素２２を益々、
閉じ位置に向けて動かす。アンカー２８の後端位置にお
いて、弁要素２２は、弁開口部を完全に閉じ、このた
め、最早、流体はクラッチの作用スペースに入らない。
これに伴い、ファンはもはや駆動されない。

【００２３】オン・オフ作動時、アクチュエータコイル
３４はサイクル式に励起され、このため、アクチュエー
タ２８はその最後方の端部位置に向けて移動し、又は場
合に応じて、電流の供給が遮断され、戻しばね２６のみ
がアンカー２８に作用するようにする。その慣性力及び
弁要素２２に作用する流体の粘度に基づいて、アンカー
２８が励起と遮断とを交互に繰り返すことに完全に従う
ことができないような速い周期にてこの交互の作動が行
われるならば、アンカー２８及びこれと共に、弁要素２
２はそれ自体を中間位置に設定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】流体摩擦クラッチの作動手段に沿った軸方向断
面図である。

【符号の説明】

１０ フランジ １２ 駆動軸 １４ 第一のクラッチ手段 １６ クラッチハウ
ジング １８ ベアリング ２０ クラッチハウ
ジングカバー ２２ 弁要素 ２４ ピストンロッ
ド ２６ 戻りばね ２８ アンカー ３０ 当接部 ３２ 磁石本体 ３４ アーマチャコイル／アクチュエータコイル ３６ ころベアリング ３８ 分離空隙 ４０ 接続部 ４２ プラグコネク
タ ４４ 肩部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウリ・ニーデルマイエル ドイツ連邦共和国88178 デイセンドルフ, ベイテンホイザーシュトラーセ 107

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に、内燃機関のラジエータのファン用
   流体摩擦クラッチであって、駆動軸と、駆動軸の駆動側
   部の前端に回転しないように固定状態に取り付けられた
   第一のクラッチ要素と、駆動軸の被駆動側部に回転可能
   に取り付けられた第二のクラッチ要素と、第一及び第二
   のクラッチ要素を流体摩擦接続するための粘性流体の供
   給を制御する弁要素と、中空の駆動軸内で同軸状に設け
   られたピストンロッド、ピストンロッドの後端に設けら
   れたアンカー及びアンカーを同軸状に取り巻くアーマチ
   ャを備え、前記ピストンロッドの前端が駆動軸から突き
   出し且つ戻しばねの力に抗して弁要素を軸方向に作動さ
   せる、弁要素用のソレノイド制御装置と、を備える流体
   摩擦クラッチにおいて、アンカー（２８）が、駆動軸
   （１２）内を同軸状に案内されることと、駆動軸（１
   ２）が、少なくともアンカー（２８）を案内する部分に
   非磁気の分離空隙（３８）を有する軟質磁性材料で出来
   ていることと、アーマチャコイル（３４）が駆動軸（１
   ２）を同軸状に取り巻く軟質磁性材料から成る磁石本体
   （３２）内に配置されていることと、駆動軸（１２）が
   磁石本体（３２）内で回転可能であることとを特徴とす
   る、流体摩擦クラッチ。
2. 【請求項２】 請求項１による流体摩擦クラッチにおい
   て、駆動軸（１２）が、ころベアリング（３６）を介し
   て磁石本体（３２）内に取り付けられることを特徴とす
   る、流体摩擦クラッチ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の何れか１つの項による
   流体摩擦クラッチにおいて、アンカー（２８）が、駆動
   軸（１２）の軸方向内側穴のボアの拡がり部分内を案内
   されることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れか１つの項による
   流体摩擦クラッチにおいて、ソレノイド制御装置が比例
   式ソレノイド又はオン・オフスイッチ磁石であることを
   特徴とする、流体摩擦クラッチ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つの項による
   流体摩擦クラッチにおいて、分離空隙（３８）内でその
   ストローク動作中にアンカー（２８）の後端面厚さが遷
   移する領域内に、後方に向けて直径が増大する駆動軸
   （１２）の肩部（４４）の幅拡がり部分が設けられるこ
   とを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れか１つの項による
   流体摩擦クラッチにおいて、分離空隙（３８）が、駆動
   軸（１２）を遮断し且つ該駆動軸内に置かれた非磁化材
   料から成るリングにより形成されることを特徴とする、
   流体摩擦クラッチ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れか１つの項による
   流体摩擦クラッチにおいて、アンカー（２８）のストロ
   ーク位置が、アーマチャコイル（３４）に供給される電
   流の量により制御されることを特徴とする、流体摩擦ク
   ラッチ。
8. 【請求項８】 請求項１乃至６の何れか１つの項による
   流体摩擦クラッチにおいて、アーマチャコイル（３４）
   が、パルス式に段階時間毎に励起され、アンカー（２
   ８）のストローク位置が励起のパルス周期により決定さ
   れることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。