JP2007278451A - 流体継手 - Google Patents

Abstract

【課題】高回転時における粘性流体の慣性力の増減による冷却ファンの回転変動を抑制し得る流体継手を提供する。
【解決手段】 駆動軸に回転自在に支承され、ハウジング本体とカバー部材とからなるハウジングと、該ハウジング内で仕切られた貯留室と作動室を連通する連通孔７を有するドリブンホイール６と、ドリブンホイールとロータの各外周部間に設けられたトルク伝達部とを備えている。ドリブンホイールの貯留室側に、前記連通孔を雰囲気温度によって開閉する感温バルブを設ける一方、ドリブンホイールの作動室側に、ハウジングの回転遠心力に応じて前記連通孔を開閉する遠心バルブ１１を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用内燃機関の冷却ファン等に用いられる流体継手に関する。

自動車用内燃機関の冷却ファンに用いられる流体継手としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

この従来の流体継手は、内燃機関のクランク軸で回転駆動される駆動軸に、ベアリングを介して相対回転自在に支承されたハウジングと、前記ハウジング内を貯留室と作動室とに隔成すると共に、これら貯留室と作動室を連通する連通孔を有する仕切板と、前記作動室内に配置されて、前記駆動軸に固着されたロータと、前記ロータの前後に２つ配置形成され、該ロータの回転を前記ハウジングに伝達するラビリンス状のトルク伝達部と、前記連通孔をハウジング周囲の雰囲気温度に応じて開閉して、前記貯留室から作動室に流入するシリコンオイルなどの粘性流体の流量を調整する感温バルブと、を備えている。

また、前記ハウジングの内周側に、前記作動室を前側の第１液室と後側の第２液室とに隔成する隔壁が設けられ、該隔壁の前記トルク伝達近傍の外周縁に有する筒状のフランジ部に、前記第１液室と第２液室とを連通する流路孔が形成され、該流路孔の内周縁に、作動液の慣性力に応じて自身の弾性反力を介して前記流路孔を開閉するバルブ機構が設けられている。

したがって、この流体継手によれば、暖機完了後の通常運転時には、前記隔壁の内周面に沿って通流する作動液に大きな慣性力が作用せず、バルブ機構の弁体が流路孔を開成しているため、作動室内の作動液は第２液室に流入してそのままトルク伝達部に流入して、ロータからハウジングへのトルク伝達に供される。

一方、車両停止状態から始動直後に急激な発進加速を行った場合は、前記ハウジング(隔壁)も一時的に急回転して隔壁のフランジ部の内周面方向に作動液の大きな慣性力が作用することから、バルブ機構の弁体が自身の弾性反力に抗して外方へ変形して流路孔を閉塞する。このため、トルク伝達部への流入量が減少して一時的に冷却ファンの連れ回りが防止されるようになっている。
実公平８−８３４８号公報

しかしながら、前記従来の流体継手は、前述のように、始動直後の急加速時には、バルブ機構の弁体に粘性流体の慣性力が大きく加わって流路孔を閉塞するが、前記粘性流体が弁体を乗り越えると、粘性流体の慣性力が低下して、再び弁体が開成されるため、粘性流体の慣性力の増減によって、弁体のハンチングが発生して安定した開閉作動が得られない。すなわち、弁体が開閉作動を繰り返して、トルク伝達部へ流入する粘性流体の流量が変動してしまい、この結果、図９のａ線に示すように、ハウジングや冷却ファンの回転が不安定になって、安定した作動が得られなくなるおそれがある。

本発明は、前記従来の流体継手の技術的課題に鑑みて案出されたものであって、請求項１に記載の発明は、とりわけ、粘性流体が貯留された貯留室から作動室に流入させる連通孔を、ハウジングの遠心力によって開制御するバルブ機構を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、バルブ機構による連通孔の開閉作動を、粘性流体の慣性力に基づいて行うのではなく、ハウジングに作用する遠心力に応じて行うことから、かかる遠心力に応じてバルブ機構の弁体が径方向に移動して連通孔の一部を閉塞して貯留室から作動室への粘性流体の流量を制御する。したがって、例えば機関始動時などにおいて機関の急激な回転上昇があっても、バルブ機構のハンチングの発生が十分に抑制される。

したがって、冷却ファンの安定した回転作動が得られると共に、静粛性を確保できる。

請求項２に記載の発明は、構成を具体化したもので、とりわけ、貯留室と作動室を連通する連通孔を、雰囲気温度によって作動する第１バルブ機構の他に、仕切板に発生する回転遠心力に応じて前記連通孔を開閉制御する第２バルブ機構を設けたことを特徴としている。

したがって、この発明では、車両の通常走行時などに、例えば機関の雰囲気温度が所定以上になって、第１バルブ機構が連通孔を全開状態にしても、仕切板の回転に伴って遠心力が作用すると、この遠心力に応じて第２バルブ機構が前記連通孔の一部を閉塞することから、貯留室から作動室へのシリコンオイルの必要以上の流入量を制限できることから、ハンチングの発生が防止されて、請求項１と同じく冷却ファンの安定した回転作動が得られる。

請求項３に記載の発明では、前記第２バルブ機構は、弾性変形可能な長板状に形成され、前記仕切板に固定される固定端部と、該固定端部から延びたアーム部の先端に設けられて前記連通孔を開閉する弁体と、該弁体に形成された質量部とから構成され、質量部の質量、あるいは弾性力を調整可能に形成したことを特徴としている。

この発明によれば、第２バルブ機構の例えば前記質量部の質量を自由に調整することによって、遠心力の大きさに応じて連通孔の開閉時期を任意に設定することが可能になる。

以下、本発明に係る流体継手を自動車用内燃機関に適用した各実施例を図面に基づいて説明する。
［実施例１］
この流体継手は、図２及び図３に示すように、内燃機関のクランク軸によって回転駆動される駆動軸１に、ベアリング２を介して相対回転自在に支承されたハウジング３と、該ハウジング３内を貯留室４と作動室５とに隔成しかつ外周側に貯留室４と作動室５を連通する連通孔７が貫通形成された円板状の仕切板であるドリブンホイール６と、前記作動室５内に配置されて、前記駆動軸１に固着されたロータ８と、該ロータ８の外周部側に形成され、該ロータ８の回転を前記ハウジング３に伝達するラビリンス状のトルク伝達部９と、前記連通孔７をハウジング３周囲の雰囲気温度に応じて開閉して、前記貯留室４から作動室５に流入する粘性流体であるシリコンオイルＯの流量を調整する第１バルブ機構である感温バルブ１０と、前記ドリブンホイール６の感温バルブ１０と反対側の位置に設けられて、ドリブンホイール６に作用する回転遠心力の大きさに応じて前記連通孔７を開閉制御する第２バルブ機構である遠心バルブ１１と、を備えている。

前記ハウジング３は、前記ベアリング２によって駆動軸１に支承されたハウジング本体１２と、該ハウジング本体１２の前面側にボルト１３によって取付けられたカバー部材１２ａとから構成されている。

前記連通孔７は、図３にも示すように、ドリブンホイール６の前記トルク伝達部９付近の外周側に径方向に沿った長方形状に形成されて、内端部７ａ側から外端部７ｂ側が僅かに幅広く形成されている。

前記カバー部材１２ａは、内周側に前記貯留室４を構成するための円形状の凹部１４を有し、該凹部１４の外周側に有するフランジ部に、前記作動室５から貯留室４にシリコンオイルＯを戻す戻し通路１５が設けられている。また、このカバー部材１２ａの前端面には、ハウジング３内のシリコンオイルＯを冷却する外側冷却フィン１６が一体に突設されている。

前記ロータ８は、図２に示すように、ほぼ円環板状に形成されて、外周部のドリブンホィール６側が凹状に形成されて、全体が縦断面皿状に形成されている。

前記ドリブンホィール６は、図２及び図３に示すように、ほぼ円環板状を呈し、ねじ３０によって前記カバー部材１２ａのボス部に取付け固定されていると共に、一側面６ａがロータ８の前端面８ａに十分に近接配置されている。したがって、前記作動室５は、その容積が十分に小さく設定されている。

前記トルク伝達部９は、図２に示すように、前記作動室５内において前記ドリブンホィール６の外周部（作動室５側）に設けられた同心円状の複数の環状凸部１７と、該複数の環状凸部１７間の複数の円環状ラビリンス溝内に噛合させた状態で前記ロータ８に設けられた同心円状の複数の環状凸部１８とによって構成されている。また、このトルク伝達部９は、少なくともその一部が前記貯留室４の内周面４ａよりも内周側に位置するように配置されていると共に、前記各環状凸部１７、１８は、それぞれ全て略同じ高さに形成されている。

前記感温バルブ１０は、図２、図３に示すように、前記連通孔７を開閉するバルブプレート１９と、該バルブプレート１９を駆動する渦巻状のバイメタル２０とから構成されている。このバイメタル２０は、カバー部材１２ａの前面中央部に取り付けられて、回転軸２１を介してバルブプレート１９と連結されている。

そして、ハウジング３の周囲の雰囲気温度が上昇するとバイメタル２０が伸長して、回転軸２１を介してバルブプレート１９を一方向に回動させて連通孔７を開成する一方、雰囲気温度が下降すると、バルブプレート１９を他方向に回動させて連通孔７を閉成するようになっている。

前記遠心バルブ１１は、図１にも示すように、前記ドリブンホイール６の前記バルブプレート１９と反対側の位置に切欠形成された保持溝である凹溝２２内に配置され、金属薄板をプレス成形によって長板状に打ち抜き成形されている。

具体的に説明すれば、前記凹溝２２は、図１、図３にも示すように、ドリブンホイール６の連通孔７を含めた周辺の内周側にほぼ矩形状に形成され、所定の深さＤに設定された底面２２ａが平坦状に形成されていると共に、該底面２２ａの周囲に有する内壁面２２ｂが垂直に形成されている。

前記遠心バルブ１１は、前記内壁面２２ｂに沿って配置されたほぼ細長い板状のアーム部２３と、該アーム部２３の一端部端縁からほぼ直角状に折曲形成されて、ビス２６によって底面２２ａに固定された固定端部２４と、アーム部２３の他端部端縁から固定端部２４と同じ方向へほぼ直角に折曲形成されて、前記連通孔７の開口面積を増減制御する弁体２５とから構成されている。

前記アーム部２３は、弾性変形可能なばね力を有し、ドリブンホイール６に作用する遠心力、つまり遠心バルブ１１に作用する遠心力に応じて前記固定端部２４を支点として弁体２５側が連通孔７方向へ撓み変形可能に形成されている。

前記弁体２５は、前記連通路孔７の開口縁全体を閉止可能な大きさの平面ほぼ三角形状に形成されて、先端部２５ａが前記連通孔７の内端部７ａに近接配置されていると共に、質量部としても機能して前記遠心力による前記アーム部２３の撓み変形によって先端部２５ａ側から連通孔７の開口面積を漸次変化させるようになっている。

したがって、この実施例１によれば、冷機始動時などのハウジング３の周囲の雰囲気温度が低い場合には、図２及び図３に示すように、前記感温バルブ１０により、前記連通孔７を塞いでシリコンオイルＯが貯留室４から作動室５へ流入するのを遮断し、これによって前記トルク伝達部９へのシリコンオイルＯの供給を規制し、ロータ８からハウジング３側への伝達トルク量を低下させて、冷却ファンの回転をほぼ停止させるようになっている。

特に、前記作動室５は、ドリブンホィール６の一側面６ａとロータ８の前端面８ａとの間の狭い空間内に形成されて、その容積が十分に小さく設定されているため、シリコンオイルＯの残留量が少ないことから、トルク伝達部９への流量も少なくなり、したがって、ロータ８の回転駆動に伴う連れ回り現象の発生を十分に抑制できる。この結果、駆動騒音の発生や機関の暖気性能などの低下を防止できる。

一方、機関の定常運転などで、ハウジング３の周囲の雰囲気温度が高くなった場合には、図４及び図５に示すように、前記感温バルブ１０によって前記連通孔７が全開状態に開かれて、ここから多量のシリコンオイルＯが、矢印で示すように貯留室４から作動室５に流入して、さらにトルク伝達部９の各環状突起１７，１８間の各ラビリンス溝内に流入する。

また、この時点で、冷却ファンの回転、つまりドリブンホイール６の回転がいまだ所定の低回転域である場合は、大きな遠心力が作用しないため、遠心バルブ１１も撓み変形せずに、弁体２５も連通孔７を全開状態に開成している。

このため、トルク伝達部９には、シリコンオイルＯが強制的に供給されてトルク伝達用に供される。したがって、ロータ８からハウジング３側への伝達トルク量を増大させて、冷却ファンの回転速度を中回転から上昇させる。

この結果、ラジエータを効果的に冷却して、機関性能を十分に引き出すことが可能になる。

なお、前記トルク伝達部９でトルク伝達に供されたシリコンオイルＯは、図４に示すように、戻し通路１５を介して貯留室４内に連続的に戻される。

また、ハウジング３の入力回転が高回転になり、冷却ファンが所定の高回転域に達すると、ハウジング３(ドリブンホイール６)の回転遠心力が大きくなって、この遠心力によって遠心バルブ１１が、図６〜図８に示すように、アーム部２３のほぼ中央側から外方へ撓み変形して、弁体２５が凹溝２２の底面２２ａを摺接しつつ先端部２５ａが前記連通孔７の内端部７ａ側を閉止して半開状態にする。

これによって、貯留室４から作動室５内へ流入するシリコンオイルＯの流入量が、前記全開状態の場合に比較してほぼ中程度の量に制限される。したがって、作動室５内でのトルク伝達部９への供給量も中程度に制限される。

これによって、冷却ファンの必要以上の回転が抑制される結果、図９のｂ線によって示すように、かかる冷却ファンの回転変動が十分に抑制されて滑らかな回転となり、回転の安定化が図れると共に、静粛性を確保できる。

以上のように、本実施例では、連通孔７の開閉作動を、単に感温バルブ１０のみによって行うのではなく、遠心バルブ１１によりハウジング３の遠心力を用いて行うので、前記高回転時や例えば、機関始動時などにおいて機関の急激な回転上昇があっても、ハンチングの発生が十分に抑制される。したがって、冷却ファンの回転の安定化と静粛性を確保できる。

また、この実施例では、一つの連通孔７を、ドリブンホイール６を挟んで感温バルブ１０と遠心バルブ１１の二つバルブ機構によって開閉制御するため、かかる開閉制御精度が向上することは勿論のこと、遠心バルブ１１を単に感温バルブ１０と反対側の位置に配置しただけであるから、全体の構造が簡素化されて、製造作業や組付作業が容易になり、コストの高騰を抑制できる。

また、質量部(弁体２５)を含めた遠心バルブ１１全体をプレス成形によって形成したため、製造作業が容易になる。
［実施例２］
図１０は本発明の実施例２を示し、遠心バルブ１１の固定端部２４を、折曲形成せずにアーム部２３を連続して延設して形成する、一方、前記凹溝２２の前記固定端部２４側の端部に、２つの挟持部２６ａ、２６ｂを突設し、該挟持部２６ａ、２６ｂの隙間内に前記固定端部２４を上方から圧入して固定したものである。なお、前記各挟持部２６ａ、２６ｂは、その突出量は凹溝２２の深さＤとほぼ同一に設定されている。他の構成は実施例１と同様である。

したがって、この実施例２によれば、固定端部２４を折曲形成する必要がないので、遠心バルブ１１の製造作業が容易になる。［実施例３］
図１１は本発明の実施例３を示し、遠心バルブ１１の基本構造は実施例１のもと同様であるが、弁体２５のアーム部２３側の上面に別異の質量部２７を設けたものである。この質量部２７は、横断面ほぼ正方形のほぼ角柱状に形成され、その長さが前記弁体２５のアーム部２３の長手方向の長さとほぼ同一に設定されていると共に、前記上面に溶接によって固定されている。

このように、弁体２５に質量部２７を設けたため、アーム部２３が遠心力によって撓み変形し易くなり、冷却ファンのほぼ中回転域でも、撓み変形して弁体２５が連通孔７の内端部７ａを閉塞してシリコンオイルＯの作動室５への流入量を制限する。したがって、急激な回転上昇があっても、作動室５への必要以上のシリコンオイルＯの流入を速やかに抑制できるので、冷却ファンの回転の安定化が図れる。

なお、前記質量部２７は、流体継手の仕様や大きさなどに応じてその大きさ、つまり質量を自由に変更することができる。
［実施例４］
図１２は本発明の実施例４を示し、遠心バルブ１１の質量部２８を自由に取り替え可能に構成したものであって、遠心バルブ１１の基本構成は実施例１とほぼ同様である。

すなわち、前記凹溝２２の前記弁体２５側の後部に、矩形状の逃げ溝２９が形成されている一方、前記アーム部２３の弁体２５側の位置に質量ボルト２８ａとナット２８ｂからなる質量部２８がアーム部２３に形成された保持孔を介して取り替え可能になっている。前記質量ボルト２８ａは、外周に雄ねじが切られた後端部が前記逃げ溝２９内に位置し、雄ねじが切られていない先端部がアーム部２３から弁体２５の上方位置に突出している。

そして、先端部の外径の異なる質量ボルト２８ａを、適宜選択的して取り替えることが可能になっている。

したがって、流体継手の仕様や大きさなどによって前記質量ボルト２８ａを取り替えることによって、遠心力の大きさに応じてアーム部２３の撓み変形量を変化させることができ、これにより、前記連通孔７の開口面積を自由に変化させることができる。

この結果、前記冷却ファンの回転速度を高精度に制御することが可能になり、回転変動を精度良く抑制することができる。

また、質量部２８を、ナット２８ｂを回転操作するだけで簡単に取り替え可能になることから、その取り替え作業能率の向上が図れる。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項(１)前記第１バルブ機構を、貯留室側の前記仕切板の一側面に配置すると共に、前記第２バルブ機構を、前記仕切板を挟んだ前記第１バルブ機構と反対側の他側面に配置して、前記連通孔を第１バルブ機構と第２バルブ機構の両方で開閉制御したことを特徴とする請求項２または３に記載の流体継手。

この発明によれば、一つの連通孔を、仕切板を挟んで第１バルブ機構と第２バルブ機構の二つバルブ機構によって開閉制御するため、かかる開閉制御精度が向上することは勿論のこと、第２バルブ機構を単に第１バルブ機構と反対側の位置に配置しただけであるから、全体の構造が簡素化されて、製造作業や組付作業が容易になり、コストの高騰を抑制できる。

請求項(２)前記第２バルブ機構を、金属板をプレス成形によってほぼ長板状に形成すると共に、一端部を仕切板に固定し、他端部をほぼＬ字形状に折曲形成して質量部としたことを特徴とする請求項２〜(１)のいずれかに記載の流体継手。

この発明によれば、質量部を含めた第２バルブ機構全体をプレス成形によって形成したため、製造作業が容易になる。

請求項(３)前記仕切板の他側面に、前記第２バルブ機構を収容保持する保持溝を形成したことを特徴とする請求項２〜(２)のいずれかに記載の流体継手。

本発明に係る流体継手の実施例１の要部斜視図である。 本実施例の流体継手の縦断面図である。 本実施例に供される遠心バルブと感温バルブを示すドリブンホイールの正面図である。 本実施例の作用を示す流体継手の縦断面図である。 本実施例の同じ作用を示すドリブンホイールの正面図である。 本実施例のさらに異なる作用を示す遠心バルブの斜視図である。 本実施例の同じ作用を示す流体継手の縦断面図である。 本実施例の同じ作用を示すドリブンホイールの正面図である。 本実施例と従来技術における冷却ファンの回転作動状態を比較して示す特性図である。 本発明の実施例２を示すドリブンホイールの正面図である。 本発明の実施例３を示すドリブンホイールの正面図である。 本発明の実施例４を示すドリブンホイールの正面図である。

符号の説明

１…駆動軸
３…ハウジング
４…貯留室
５…作動室
７…連通孔
８…ロータ
９…トルク伝達部
１０…感温バルブ(第１バルブ機構）
１１…遠心バルブ(第２バルブ機構)
２２…凹溝(保持溝)
２３…アーム部
２４…固定端部
２５…弁体

Claims (3)

1. 冷却用ファンの回転を、ハウジング外部の雰囲気温度の変化または内燃機関の回転変化に応じて粘性流体を用いて制御する流体継手において、
   前記粘性流体が貯留された貯留室から作動室に流入させる連通孔を、前記ハウジングに作用する遠心力に応じて開閉制御するバルブ機構を設けたことを特徴とする流体継手。
2. 駆動軸に相対回転自在に支承されたハウジングと、
   該ハウジング内を貯留室と作動室とに隔成すると共に、これら貯留室と作動室を連通する連通孔を有する仕切板と、
   前記作動室内に仕切板と対向配置され、前記駆動軸に固着されたロータと、
   前記仕切板とロータの各外周部間に設けられて、該ロータの回転を前記作動室内に流入した粘性流体を介して前記ハウジングに伝達するトルク伝達部と、
   前記連通孔をハウジング周囲の雰囲気温度に応じて開閉して、前記貯留室から作動室内に流入する粘性流体の流量を調整する第１バルブ機構と、
   を備えた流体継手において、
   前記連通孔を、前記仕切板に発生する回転遠心力に応じて開制御する第２バルブ機構を設けたことを特徴とする流体継手。
3. 前記第２バルブ機構は、弾性変形可能な長板状に形成され、前記仕切板に固定される固定端部と、該固定端部から延びたアーム部の先端に形成されて前記連通孔を開閉する弁体と、該弁体に形成された質量部とから構成され、質量部の質量、あるいは弾性力を調整可能に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の流体継手。
   

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