JP2008542660A - 流体摩擦クラッチ - Google Patents

Abstract

本発明は流体摩擦クラッチに関する。このクラッチは、ハウジング（１０、１８）と、そのハウジング（１０、１８）に対して回転自在に配置されると共にハウジング内部の中心に組み込まれる軸（３４）の一方の端部に回転固定して装着されるクラッチディスク（３２）と、ハウジング（１０、１８）内に形成されるクラッチ流体用の貯留チャンバ（２０）と、この貯留チャンバ（２０）から作動チャンバ（３０）に至る供給流路（２２）と、作動チャンバ（３０）から貯留チャンバ（２０）にクラッチ流体を還流するための還流用ポンプ機構とを備える。この軸（３４）はクラッチによって駆動されるべき作動要素をもう一方の端部に担持し、クラッチ流体を加圧注入できる作動チャンバ（３０）は、ハウジング（１０、１８）とクラッチディスク（３２）との間に形成され、作動チャンバ（３０）に供給されるクラッチ流体を制御するためのバルブ装置が供給流路（２２）に設けられる。あらゆる条件下において所定の正規の回転速度を安定的に維持できるようにするため、本発明は、ハウジング（１０、１８）を駆動要素（１２）に連結すると共にクラッチの静止部分（１６）に対して回転自在に取り付けてクラッチの一次側を構成し、この被駆動ハウジング（１０、１８）が回転すると、クラッチ流体が、貯留チャンバ（２０）から、この貯留チャンバ（２０）からほぼ半径方向に外向きに延びる供給流路（２２）を通って作動チャンバ（３０）に流れ、ハウジング（１０、１８）と、クラッチディスク（３２）の外周端との間に半径方向の隙間を形成し、還流用ポンプ機構が、作動チャンバ（３０）とは反対側のクラッチディスク（３２）の面においてクラッチの静止部分（１６）に取り付けられるクラッチ流体用のかき取り要素（３８）を含み、このかき取り要素（３８）は貯留チャンバ（２０）に通じる流路（４０）を有することを提案する。

Description

本発明は流体摩擦クラッチに関する。このクラッチは、ハウジングと、そのハウジングに対して回転自在に配置されると共にハウジング内部の中心に組み込まれる軸の端部に回転固定して装着されるクラッチプレートと、ハウジング内に形成されるクラッチ流体用のリザーバチャンバと、このリザーバチャンバから作動チャンバに至る供給流路と、作動チャンバからリザーバチャンバにクラッチ流体を還流するための還流用ポンプ機構とを備えている。この軸はクラッチによって駆動されるべき作動要素をもう一方の端部に担持し、クラッチ流体を加圧注入できる作動チャンバはハウジングとクラッチプレートとの間に形成され、作動チャンバに供給されるクラッチ流体を制御するためのバルブ装置が供給流路に設けられる。

この種のクラッチにおいては、トルクの伝達は、作動チャンバ内に充填されるクラッチ流体の量に依存する。作動チャンバ内に充填される流体量が少量であれば、一次側および二次側の間に比較的大きなスリップが発生する。このスリップは、作動チャンバの充填量の増大と共に減少する。作動要素の回転速度はこれに対応して変化する。二次側の一定の回転速度、すなわち安定した運転点を確保するためには、作動チャンバに出入りするクラッチ流体の相対的容積流量を、一次側の回転速度に関係なく常に等しくしなければならない。従って、クラッチ流体のポンプ機構の設計は、クラッチの運転上の安定性に対して決定的な影響を及ぼす。

米国特許第６，０２６，９４３号明細書から知られる冒頭に記載の種類のクラッチの場合には、一次側および二次側の間の作動チャンバ内に、かき取り要素が設けられる。このかき取り要素は動圧ポンプ装置の部品である。作動チャンバ内へのクラッチ流体の供給流れは、供給ラインに設けられるバルブによって制御される。クラッチ流体が作動チャンバに流入すると、二次側が駆動され、従って一次側および二次側間の相対速度が低下する。これによって、かき取り要素における動圧が低下する結果がもたらされ、ポンプ機能の有効性が減退する。こうなると、二次側の作動要素に対する外部の影響のフィードバックによって、影響のタイプに応じて、一次側の回転速度が変化しないのに二次側の回転速度が増減するという結果が生じる場合がある。この結果、相対速度、従ってかき取り要素における動圧が対応して変化する。前記公知のクラッチにおいては、この状況が運転点からのずれをもたらし、トルクの伝達が不安定になる。

上記に基づいて、いかなる環境下においても所定の正規の回転速度を安定的に維持できるような、冒頭に述べた種類の流体摩擦クラッチを提供することが本発明の目的である。

この目的を達成するため、請求項１に記載する特徴の組合せが提案される。本発明の有利な実施形態および改良形態を従属請求項に見ることができる。

本発明によれば、ハウジングを駆動要素に連結すると共にクラッチの静止部分に対して回転自在に取り付けてクラッチの一次側を構成し、この被駆動ハウジングの回転に伴って、クラッチ流体が、リザーバチャンバから、このリザーバチャンバからほぼ半径方向に外向きに延びる供給流路を通って作動チャンバに流れ、ハウジングと、クラッチプレートの外周端との間に半径方向の隙間を形成し、還流用ポンプ機構が、作動チャンバとは反対側のクラッチプレートの面においてクラッチの静止部分に取り付けられるクラッチ流体用のかき取り要素を含み、このかき取り要素はリザーバチャンバに通じる流路を有するようにされる。前記手段によって、動圧、従ってクラッチ流体を還流させる際のポンプ能力が、一次側および二次側の相対速度の影響を受けなくなることが実現される。このため、クラッチ係合の程度があらゆる環境下において安定し、正規の値からのずれがなくなる。

ハウジングは、軸方向および半径方向においてクラッチプレートと係合するカバーを有することが好ましい。これによって、クラッチ組み立て体が簡便化され、整備および補修作業時の取り扱いが可能になる。

本発明の１つの好ましい実施形態においては、かき取り要素が、その半径方向の外側の領域にクラッチ流体用の蓄積端または蓄積壁を備えており、リザーバチャンバに通じる流路が、この蓄積端または蓄積壁において開口している。

ハウジング用の駆動要素は、好ましくはネジ込みによってハウジングに連結されるプーリとして具現化すると有利である。

互いに離して対置されるカバーおよびクラッチプレートの半径方向の外側の領域は、互いに噛み合う断面形状を有利に備えており、作動チャンバは、基本的に、ハウジングおよびクラッチプレートのこの断面形状化された領域によって画定される。これによって、蛇行形またはジグザグ形のクラッチ流体用流路が形成され、その結果、作動チャンバの有効面積が増大し、より良好なトルク伝達が実現される。作動チャンバ内に流入するクラッチ流体の量を制御するために、供給流路に設けられるバルブ装置が電磁比例バルブを含むことが有利である。前記バルブは、クラッチの静止部分に取り付けられる軸方向に同心の環状コイルによって作動させ得るバルブ本体を有することができる。

本発明のさらに別の実施形態において、クラッチの静止部分が、フランジと、そのフランジから軸方向に延びる中空の円筒状部分とを有する。この場合、クラッチプレートおよび作動要素を担持する軸が、この中空の円筒状部分を貫通して延びており、この円筒状部分の中に、好ましくは少なくとも１つの転がり軸受けによって回転自在に取り付けられる。さらに、ハウジングは、この中空の円筒状部分がその中を貫通して延びる中心の通路開口を有することが好ましく、ハウジングは、この中空の円筒状部分の上に、好ましくは同様に少なくとも１つの転がり軸受けによって回転自在に取り付けられる。

作動要素は、クーラファンのファンホイール、水ポンプのホイール、オイルポンプのホイール、発電機のロータ、またはコンプレッサのロータとして具現化することができる。

本発明によるクラッチは、エンジン、好ましくは内燃機関の補助ユニット、特に、クーラファン、発電機、水ポンプ、オイルポンプ、空調用のコンプレッサなどに用いることが好ましい。

次に、本発明を、図面に概略的に示した例示的実施形態に基づいて詳説する。

図１および図２に示すクラッチは、ハウジング本体１０およびハウジングカバー１８を有するハウジングを含む。ハウジング本体１０は、ポリＶベルト（図示なし）によって駆動される駆動ディスク１２を担持する。ハウジングは、軸受け１４によって、例えばエンジンブロックに固定されるクラッチの静止部分１６に回転自在に取り付けられる。カバー１８は、ハウジング本体１０を、半径方向および部分的に軸方向に係合し、例えばネジ込みによってハウジング本体１０に固定される。ハウジング内には、例えばシリコーンオイルであるクラッチ流体のためのリザーバチャンバ２０も設けられる。リザーバチャンバは、半径方向に外向きに通じる供給流路２２に接続される。この場合、この流路の断面積はバルブ本体２４によって変化させることができる。バルブ本体２４は、電磁バルブ装置の一部であり、クラッチの静止部分１６上に装着される環状コイル２６によって操作される。この環状コイル２６は、クラッチの静止部分１６の中空の円筒状部分４４を同心に取り巻いている。供給流路２２は、さらに、最初は軸方向に延伸し、続いてカバー１８を貫通しながら半径方向の内側に延びる。この位置で、前記供給流路２２は、供給開口２８を通して作動空間３０に開口する。作動空間３０は、一方では、鋸歯形状を有するカバー１８の半径方向の外側領域によって画定され、もう一方は、クラッチプレート３２の一部領域によって画定される。このクラッチプレート３２の領域は、カバー１８の前記半径方向の外側領域に向かい合う位置にあって、その鋸歯形状に相補的な形状を有するように構成される。クラッチプレート３２は軸３４に取り付けられ、２つの軸受けによって、クラッチの静止部分１６の中心開口の中に回転自在に組み込まれる。この２つの軸受けの内１つの軸受け３６のみが図示されている。軸３４の自由端には、例えば水ポンプまたはオイルポンプのホイールとすることができる作動要素（図には詳細表示していない）が取り付けられる。

クラッチプレート３２の外側の端部とカバー１８との間には、クラッチ流体が通過し得る隙間が残される。クラッチプレート３２の後部側にはかき取り要素３８が設けられる。このかき取り要素３８はクラッチの静止部分上に取り付けられ、隙間を通過するクラッチ流体がかき取り要素３８によって蓄積される。かき取り要素３８は半径方向に延びる流路４０を有し、この流路４０はリザーバチャンバ２０と連絡している。クラッチ流体はこの流路４０を通ってリザーバチャンバに還流する。

図３は、クラッチプレート３２に向き合う側のかき取り要素３８の面の斜視図を示す。かき取り要素は、クラッチの静止部分１６の中空の円筒状部分４４（図１および図２）用の通路開口４２を有するほぼスラブ形状の構造を有する。かき取り要素３８は、カバー１８まで半径方向に延びているが、カバー１８には当接していないので、カバー１８は、ハウジング本体１０と共に、かき取り要素３８に対して自由に回転できる。かき取り要素３８は、その外端から距離を置いて線状突起４６を有する。この線状突起４６は、クラッチプレート３２およびカバー１８の内壁と共にクラッチ流体の流路を形成する。前記流路の流入開口は傾斜面４８によって拡大されており、一方、線状突起４６は、その流路端部に蓄積端部５０を形成している。この部分には、かき取り要素の内部を貫通して延びる流路４０への流入開口５２が設けられる。流路４０は、もう一方の端部において、リザーバチャンバ２０に開口している。

クラッチの運転においては、ハウジング１０、１８が駆動ディスクによって回転駆動される。リザーバチャンバ内のクラッチ流体に遠心力が作用し、バルブ本体２４が対応する開位置にあれば、この遠心力によって流体が供給流路２２に押し出される。流体は、カバー１８内の流路を流れ、供給開口２８を経て作動チャンバ３０に流入する。流体にせん断力が作用し、そのせん断力がクラッチプレート３２を駆動する。その結果、共通軸３４上に取り付けられた作動要素が、同様に回転駆動される。遠心力は作動チャンバ内の流体にも作用するので、前記流体は、クラッチプレート３２およびカバー１８間の半径方向の隙間を通ってクラッチプレート３２の後部側に流出し、その部分で、前記流体はかき取り要素３８の流路に蓄積され、その流路を通ってリザーバチャンバ２０に還流する。これによって流体回路は閉じることになる。

かき取り要素３８はクラッチプレート３２に対して静止しているので、クラッチプレート３２の回転速度の増大と共に、かき取り要素３８における動圧、従ってそのポンプ能力が増大する。かき取り要素３８を、対応する形状にすることによって、基本的に浮遊状態でハウジング１０、１８内に組み込み、その中で回転させることもできる。本発明による作用の発生に関しては、あらゆる場合に、かき取り要素３８とクラッチプレート３２との間に大きな回転速度の相違が存在することが決定的に重要である。この回転速度の相違が、クラッチプレート３２の回転速度の上昇による動圧の増大を確実にする。

従って、クラッチプレートの回転速度に比例する発生動圧は、ポンプ機構に対する安定化の効果を有する調整変数である。作動チャンバ２０へのクラッチ流体の供給量の変化によって作動要素の回転速度の変化を生じさせようとすると、例えばバルブで供給量を絞ることによって回転速度を低下させようとすると、まだ相対的に高速度で回転しているクラッチプレート３２が、かき取り要素３８において高い動圧を付与し、従って流体のリザーバチャンバ２０への高い還流速度を生じさせ、その結果、作動チャンバ３０内の流体量は急速に低下し、それに対応してクラッチプレートに伝達される駆動力も低下する。従って、クラッチは操作に敏感に反応することができる。

要約すれば、以下の点が注記されるべきである。すなわち、本発明は流体摩擦クラッチに関する。このクラッチは、ハウジング１０、１８と、そのハウジング１０に対して回転自在に配置されると共にハウジング内部の中心に組み込まれる軸３４の端部に回転固定して装着されるクラッチプレート３２と、ハウジング１０、１８内に形成されるクラッチ流体用のリザーバチャンバ２０と、このリザーバチャンバ（２０）から作動チャンバ３０に至る供給流路２２と、作動チャンバ３０からリザーバチャンバ２０にクラッチ流体を還流するための還流用ポンプ機構とを備えている。この軸３４はクラッチによって駆動されるべき作動要素をもう一方の端部に担持し、クラッチ流体を加圧注入できる作動チャンバ３０は、ハウジング１０、１８とクラッチプレート３２との間に形成され、作動チャンバ３０に供給されるクラッチ流体を制御するためのバルブ装置が供給流路２２に設けられる。あらゆる条件下において所定の正規の回転速度を確実に維持できるようにするため、本発明によれば、ハウジング１０、１８を駆動要素１２に連結すると共にクラッチの静止部分１６に対して回転自在に取り付けてクラッチの一次側を構成し、この被駆動ハウジング１０、１８の回転に伴って、クラッチ流体が、リザーバチャンバ２０から、このリザーバチャンバ２０からほぼ半径方向に外向きに延びる供給流路２２を通って作動チャンバ３０に流れ、ハウジング１０、１８と、クラッチプレート３２の外周端との間に半径方向の隙間を形成し、還流用ポンプ機構が、作動チャンバ３０とは反対側のクラッチプレート３２の面においてクラッチの静止部分１６に取り付けられるクラッチ流体用のかき取り要素３８を含み、このかき取り要素３８はリザーバチャンバ２０に通じる流路４０を有することが提案される。

流体摩擦クラッチの部分断面化した側面図を示す。 図１のクラッチを部分断面化した平面図で示す。 クラッチプレートの後部側に配置されるクラッチ流体用のかき取り要素の斜視図を示す。

Claims (14)

1. ハウジング（１０、１８）と、該ハウジング（１０、１８）に対して回転自在に配置されると共に前記ハウジング内部の中心に取り付けられた軸（３４）の端部に回転するよう固定して配置されたクラッチプレート（３２）と、該ハウジング（１０、１８）内に形成されたクラッチ流体用のリザーバチャンバ（２０）と、該リザーバチャンバ（２０）から作動チャンバ（３０）に至る供給流路（２２）と、該作動チャンバ（３０）から該リザーバチャンバ（２０）にクラッチ流体を還流するための還流用ポンプ機構とを備え、該軸（３４）は前記クラッチによって駆動されるべき作動要素をもう一方の端部に支持し、クラッチ流体を加圧注入できる前記作動チャンバ（３０）は、前記ハウジング（１０、１８）と前記クラッチプレート（３２）との間に形成され、前記作動チャンバ（３０）に供給されるクラッチ流体を制御するためのバルブ装置が前記供給流路（２２）に設けられた流体摩擦クラッチにおいて、
   前記ハウジング（１０、１８）が、駆動要素（１２）に連結され、クラッチの静止部分（１６）に対して回転自在に配置され、前記クラッチの一次側を構成し、前記被駆動ハウジング（１０、１８）の回転に伴って、クラッチ流体が、前記リザーバチャンバ（２０）から、前記リザーバチャンバ（２０）からほぼ半径方向外向きに延びる前記供給流路（２２）を通って前記作動チャンバ（３０）に流れ、半径方向の隙間が前記ハウジング（１０、１８）と前記クラッチプレート（３２）の外周端との間に形成され、前記還流用ポンプ機構が、前記作動チャンバ（３０）とは反対側の前記クラッチプレート（３２）の面において前記クラッチの静止部分（１６）に配置されたクラッチ流体用のかき取り要素（３８）を含み、該かき取り要素（３８）が前記リザーバチャンバ（２０）に通じる流路（４０）を有することを特徴とするクラッチ。
2. 前記ハウジングが、ハウジング本体（１０）と、軸方向および半径方向にわたって前記クラッチプレート（３２）と係合するカバー（１８）とを有することを特徴とする請求項１に記載のクラッチ。
3. 前記かき取り要素（３８）が、その半径方向外側の領域において、クラッチ流体用の蓄積端または蓄積壁（４６）を備えており、前記リザーバチャンバ（２０）に通じる前記流路（４０）が、該蓄積端または蓄積壁（４６）において開口していることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチ。
4. 前記ハウジング（１０、１８）用の前記駆動要素がプーリ（１２）として具現化されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクラッチ。
5. 前記プーリ（１２）が前記ハウジング（１０、１８）に連結されている、好ましくはネジ込みされていることを特徴とする請求項４に記載のクラッチ。
6. 互いに離して対置された、前記カバー（１８）および前記クラッチプレート（３２）の半径方向外側の領域が互いに係合しあう形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のクラッチ。
7. 前記作動チャンバ（３０）が、前記カバー（１８）および前記クラッチプレート（３２）の前記形状を有する領域によって実質的に画定されることを特徴とする請求項６に記載のクラッチ。
8. 前記供給流路（２２）に設けられた前記バルブ装置が電磁比例バルブ（２４）を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のクラッチ。
9. 前記バルブが、前記クラッチの静止部分（１６）に配置された軸方向に同心の環状コイル（２６）によって作動させ得るバルブ本体（２４）を有することを特徴とする請求項８に記載のクラッチ。
10. 前記クラッチの静止部分（１６）が、フランジと、該フランジから軸方向に延びる中空の円筒状部分（４４）とを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のクラッチ。
11. 前記クラッチプレート（３２）および前記作動要素を支持する前記軸（３４）が、前記中空の円筒状部分（４４）を貫通して延びており、前記円筒状部分（４４）の中に、好ましくは少なくとも１つの転がり軸受け（３６）によって、回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載のクラッチ。
12. 前記ハウジング（１０）は、前記中空の円筒状部分（４４）がその中を貫通して延びる中心の通路開口を有し、前記ハウジングが、前記中空の円筒状部分の上に、好ましくは少なくとも１つの転がり軸受け（１４）によって回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のクラッチ。
13. 前記作動要素が、クーラファンのファンホイール、水ポンプのホイール、オイルポンプのホイール、発電機のロータ、またはコンプレッサのロータとして具現化されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のクラッチ。
14. エンジン、好ましくは内燃機関の補助ユニット、特に、クーラファン、発電機、水ポンプ、オイルポンプ、空調用のコンプレッサなどにおける、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のクラッチの使用。

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