JP2017089887A - 作動流体から熱遮断を増加するように構成された流れ変更構造体を有するエネルギーを伝達するために、剪断力を用いる装置及び関連方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱境界層などの乱流混合が可能性のない作動流体から熱を遮断するように構成する流体の剪断力を用いる伝動装置
【解決手段】エネルギーを伝達するために剪断力を用いる装置は、外側ハウジング組立体２４、ディスク及びリザーバを含む。ディスクは、外側ハウジング組立体内に収容され、外側ハウジング組立体に対して回転可能である。作動キャビティは、ディスクのロータ部３０と外側ハウジング組立体内に形成され、作動流体は剪断力を発生するように収容される。複数の流れ変更構造体は、外側ハウジング組立体上に配置され、流れ変更構造体に局所的な領域に作動キャビティ内に作動流体の境界層の厚さを減少させるように構成される。
【選択図】図４

Description

本開示は、作動流体から熱遮断を増加するように構成された流れ変更構造体を含む、粘性流体クラッチなどのエネルギーを伝達するために、剪断力を用いる装置に関する。

本セックションは、必ずしも先行技術ではない本発明に係わる背景情報を提供する。

米国ミシガン州オーバーンヒルズのボーグワーナー社（ＢｏｒｇＷａｒｎｅｒ Ｉｎｃ）によって、商業的に製造されているＶＩＳＣＴＲＯＮＩＣ^（商標）ファンドライブは、回転力を伝達するために、作業流体に対する剪断力を用いる装置の例である。このような装置において、比較的高点性の作動流体、例えば、シリコーン流体は、ディスクと外側ハウジング組立体との間の作動キャビティ内に伝達される。前記ディスクは、一体に回転するための入力部材に結合される一方、外側ハウジング組立体は、共同に回転するためのファンに結合され得る。ディスクを駆動する入力部材は、エンジンのクランクシャフトによって駆動されるフロントエンジンの補機ドライブのベルトによって駆動され得る。ディスク及び外側ハウジング組立体は、協働して作動流体中に剪断力を発生するように構成された流路を形成し、これは、結局、外側ハウジング組立体を駆動する（すなわち、回転する）トルクを発生させる。作動流体における剪断力の発生は、特に比較的高いレベルのトルクを所望の場合に、作動流体中に熱を発生する。

これらの装置から熱を遮断することを助けるために、通常に、アルミニウムで形成される外側ハウジングは、複数の冷却フィンで形成され得る。冷却フィンは、外側ハウジング組立体の外部面の表面積を効果的に増加させ、伝導、対流及び放射を介して大気に熱を遮断するこれらの装置の能力を増加させる。しかし、冷却フィンは、熱を作動流体から外側ハウジング組立体に伝達することを決して促進しない。

外側ハウジング組立体が入力部材に対して滑るときに発生される熱は、通常に、“スリップ熱（ｓｌｉｐ ｈｅａｔ）”と呼ぶ。所定の作動条件で発生された“スリップ熱”の大きさは、前記条件及び関連した“スリップ速度”（すなわち、入力部材と出力部材のと間の回転速度差）でファントルクの積と対等である。従って、“スリップ熱”は、０％スリップ及び１００％スリップの極限条件で最小である。これらの限界の間で、入力対出力速度比が５０％〜６０％の前後の領域において、“スリップ熱”は、その最大速度で発生される。このような最悪の場合、“スリップ熱”の条件で、利用可能な作動流体の小さい部分だけが作動キャビティ内に存在し；流体のこのような小さい部分の大部分は、ローター（ディスク）のＯＤに隣接する領域に存在する。これは、特に難しい問題を解決するようにし；高い“スリップ熱”の大きさは、出力ハウジングの壁と接触する比較的小さな湿潤面を有する流体の比較的小さな容積に入っていく。このような問題は、１９５０年〜１９６０年代頃に自動車エンジン冷却におけるこれらの使用を開始した以後に、すべての粘性ファンドライブで存在して来た。

我々は、当該技術分野において、通常の技術を有する者が“スリップ熱”が固有の問題であり、また、入力面と出力面との間の代表的な流体剪断間隙が一般的に非常に小さい（約０．４ｍｍ）ため、前述した最悪の場合、“スリップ熱”条件が簡単に、大略的に設計されるべきであるということを推定したし、高い熱勾配が小さな剪断領域に存在することができたということが類推できないことを理解する。流体材料の最近の進歩は、ＣＦＤ（計算流体力学）を用いて可能になった。所定の粘性ファンクラッチで我々の発明を最適化する方法を理解するための努力で、我々は（一般的に異なる回転速度で回転する）ディスクと外側ハウジング組立体との間の薄い剪断領域に存在する熱勾配を調査した。薄い流体剪断領域に存在する熱勾配に対する我々の調査は、熱エネルギーを層から層に効果的に輸送しない完全に層流剪断層が設定されるということを明かにした。さらに、我々は、勾配分布が非常に非直線的な傾向があるということを観察したし、これは、温度と剪断速度の両方で薄いシリコーン作動流体の非ニュートン性質に起因するものとして我々は思う。我々は、このような非直線性が出力ハウジングのより冷たい壁に隣接して境界層を例外的に薄くし、断熱されるようにするということを観察した。

米国特許第５，５７７，５５５号は、水溶液（例えば、“界面活性剤を含む臭化リチウム水溶液”）を伝達するように構成された固定管を有する熱交換器を開示している。前記管は、その内部に形成された複数の“凹部”を有する熱交換壁を定義する。前記“凹部”は、管壁の厚さよりも大きい０．６〜２．０ｍｍの深さを有すると記載されている。管の大きさは、記載されていないが、管を通って流れる水溶液の流量比は、“好ましくは０．７〜０．２５ｋｇ／（ｍ^×ｓ）”である。前記‘５５５特許は、“凹部”が管を通って流れる水溶液に及ぶ影響に対して記載していないが、“凹部”は、管の壁近くにある水溶液の流れの一部で層流から乱流への転換を誘発するものとして我々には見える。臭化リチウムの水溶液が１５００ｋｇ／ｍ^３の密度、０．００６Ｐａ・ｓｅｃの動粘度、及び０．４７５ｋｇ／ｓｅｃの質量流量比を有するものとして推定し、前記管径が２５ｍｍであるものとして推定する場合、平均流速は、０．６４５ｍ／ｓである。相応するレイノルズ数は、４０３１である。

流体力学において、レイノルズ数として知られる無次元量は、流れパターンを予測するために使用される。レイノルズ数は、慣性力対粘性力の比であり、次の式で計算することができる：
Ｒｅ＝（Ｖ・Ｌ）／ｖ
ここで、Ｒｅはレイノルズ数であり、Ｖは流速であり、Ｌは特性長さであり、ｖは流体の動粘度である。パイプにおいて、層流は、約２０００未満のレイノルズ数と関連つけており、乱流は、約４０００超過のレイノルズ数に関連つけている。

従って、前記‘５５５特許に記載された管において層流から乱流への転換を誘導することは、水溶液の比較的高い速度（これは、レイノルズ数の計算式で比較的大きな分子を提供することを助ける）、及び水溶液の比較的低い動粘度（これは、レイノルズ数の計算式で比較的小さな分母を提供する）のため、可能なものとして見える。

一方、前述したファンドライブにおいて作動流体は、高粘性である（すなわち、レイノルズ数のための式の分母で媒介変数ｖは、比較的大きい）。それゆえに、レイノルズ数の式で分母は比較的大きくて、得られたレイノルズ数は比較的小さく、従って、乱流の誘導は可能でない。例えば、ファンドライブは、１５００ｒｐｍのスリップ速度で５０％スリップ条件で作動し、ここで、前記ディスクは、１１８ｍｍのディスク半径を有し、前記ディスクと前記外側ハウジング組立体との間の半径方向剪断間隙は、１．２ｍｍであり、作動流体の動粘度は、周囲温度で５００ｃＳｔであり、得られたレイノルズ数は４４．５であり、これは、２０００を超過するレイノルズ数で開始する乱流への転換よりも著しく低い。

前記の技術内容を考慮して、当該分野には、熱境界層などの乱流混合が可能性のない作動流体から熱を遮断するように構成されるのがより良い、エネルギーを伝達する剪断力を用いる装置に対する必要性が存在する。

このセクションは、本開示の一般的な概要を提供し、その全体範囲またはその特徴などの包括的開示ではない。

一形態において、本教示は、エネルギーを伝達するために、剪断力を用いる装置を提供する。この装置は、外側ハウジング組立体、ディスク及びリザーバを含む。外側ハウジング組立体は、第１環状壁、第２環状壁、及び前記第１環状壁と第２環状壁との間に配置され、これらの壁を連結する円周方向に延びる壁によって境界を有する作動キャビティを有する。前記第１環状壁は、複数の第１同心流体溝を有する。ディスクは、外側ハウジング組立体内に回転可能に収容され、作動キャビティ内に収容されるロータ部を有する。前記ロータ部は、第１側面、第２側面及び外周面を有する。第１側面は、複数の第１同心リブを有し、第１同心リブは、それぞれ前記複数の第１同心流体溝などの一つの関連する溝内に収容される。前記リザーバは、その内部に作動流体を有し、作動キャビティと流体連通状態で連結される。作動流体流路がリザーバと作動キャビティとの間に延び、前記外側ハウジング組立体の第１環状壁と前記ロータ部の第１側面との間に軸方向に配置された第１間隙、前記外側ハウジング組立体の第２環状壁と前記ロータ部の第２側面のと間に軸方向に配置された第２間隙、及び前記外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁の半径方向内側面と前記ロータ部の外側円周面との間に半径方向に配置された第３間隙を含む。前記第１環状壁と前記円周方向に延びる壁のうち、少なくとも一つは、ディスクが外側ハウジング組立体に対して回転し、前記作動流体の一部が作動流体流路内にあるとき、流れ変更構造体に局所的な位置から前記円周方向に延びる壁と前記第１環状壁とのうち、少なくとも一つに隣接して作動流体の境界層の厚さを減少させるように構成された複数の流れ変更構造体を含む。作動流体の境界層の厚さの減少は、前記複数の流れ変更構造体を含まない前記円周方向に延びる壁と前記第１環状壁とのうち、少なくとも一つの構成に対するものである。

このように、前記装置の構成は、剪断領域の全般にわたってより均一な温度勾配を達成するために、剪断層の全体的な結合を誘導することができ、及び／または前記装置が完全な層流と関連つけられる流れ条件（すなわち、５００より著しく少ないレイノルズ数）下で比較的薄い剪断間隙で比較的高い剪断速度で超高粘度、非ニュートン剪断薄化及び温度薄化作動流体を介して回転力を伝達するとき、外側ハウジング組立体の比較的より冷たい壁に対する境界層を薄くすることができる。

流れ変更構造体は、円周方向に延びる壁の半径方向内側面内に形成されたキャビティを含み、前記キャビティのそれぞれは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面の半径方向外側に延びる。各キャビティは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面と少なくとも部分的に同心である半径方向外側壁を有することができる。

前記キャビティのそれぞれは、半径方向外側壁の対向側に配置される１対の端セグメント（ｅｎｄ ｓｅｇｍｅｎｔ）を有することができ、従って、端セグメントうちの一つの少なくとも一部分が円周方向に延びる壁の半径方向内側面と半径方向外側壁との間にテーパ状となる。

キャビティのそれぞれは、半径方向外側壁へ対向側に配置される１対の端セグメントを有することができ、従って、前記端セグメントのそれぞれは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面に半径方向外側壁を連結し、前記端セグメントの少なくとも一つは、少なくとも部分的には半径で定義される。

前記キャビティのそれぞれは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面に対する半径方向の深さが０．２ｍｍより大きいか等しく、３．５ｍｍより小さいか等しいといえる。キャビティの半径方向の深さは、０．５ｍｍより大きいか等しく、２．８ｍｍより小さいか等しいといえる。好ましくは、キャビティの半径方向の深さは、０．８ｍｍより大きいか等しく、２．５ｍｍより小さいか等しい。

理論的円筒（ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）は、円周方向に延びる壁の半径方向内側面によって定義されることができ、ここで、前記流れ変更構造体は、連続領域内から円周方向に延びる壁の内側面上に配置される。流れ変更構造体は、連続領域内の流れ変更構造体が連続領域内にある理論的円筒面の表面積の少なくとも５０％に配置されるように連続領域で大きさを設定して組み立てることができる。好ましくは、流れ変更構造体は、連続領域内の流れ変更構造体が連続領域内にある理論的円筒面の表面積の少なくとも７５％に配置されるように連続領域で大きさを設定して組み立てることができる。

キャビティのそれぞれは、式ＡＲ＝Ｃ／Ｒで定義されるアスペクト比を有することができ、ここで、Ｃは円周方向に延びる壁の半径方向内側面で測定されたキャビティの最大円周長さであり、Ｒはディスクの回転軸と交差するラインに沿って取ったロータ部の一面とキャビティの半径方向最外側面との間の半径方向距離であり、また、前記アスペクト比は、０．２より大きいか等しく、４．０より小さいか等しい。好ましくは、アスペクト比は、０．２５より大きいか等しく、２．７５より小さいか等しい。より好ましくは、アスペクト比は、０．５より大きいか等しく、２．５より小さいか等しい。さらに好ましくは、アスペクト比は、１．０より大きいか等しく、１．５より小さいか等しい。

前記複数の流れ変更構造体は、円周方向に延びる壁上に配置される数量が少なくとも五つ（５）であり得る。

前記複数の流れ変更構造体の少なくとも一部は、これらが円周方向に延びる壁の円周に対して均一に離隔されないように、円周方向に延びる壁上に配置される。

前記装置は、流れ変更構造体のいずれも少なくとも７０度に跨って延びる円周方向壁のセクタ（ｓｅｃｔｏｒ）に配置されないように構成することができる。

第１同心流体溝は、それぞれ平坦な環状ルート面を定義することができ、ここで、前記流れ変更構造体は、平坦な環状ルート面の少なくとも一つと交差する外側ハウジング組立体内に形成された環状壁キャビティを含むことができる。

環状壁キャビティのそれぞれは、キャビティ側壁及び前記キャビティ側壁によって境界を有するキャビティ底壁を有することができ、キャビティ底壁の少なくとも一部は、平坦な環状ルート面の少なくとも一つに平行であることができる。

環状壁キャビティのそれぞれは、一対の対向円周端部を有することができ、前記円周端部の少なくとも一つは、前記円周端部が平坦な環状ルート面などの一つの関連する面と交差する位置で少なくとも部分的には半径によって定義され得る。

環状壁キャビティのそれぞれは、０．２ｍｍより大きいか等しく、３．５ｍｍより小さいか等しい平坦な環状ルート面などの一つの関連する面に対する深さを有することができる。好ましくは、環状壁キャビティの深さは、０．５ｍｍより大きいか等しく、２．８ｍｍより小さいか等しい。より好ましくは、環状壁キャビティの深さは、０．８ｍｍより大きいか等しく、２．５ｍｍより小さいか等しい。

前記環状壁キャビティのそれぞれは、キャビティ側壁を有することができ、ここで、前記キャビティ側壁の少なくとも一部分は、前記キャビティの側壁の一部分が平坦な環状ルート面などの一つの関連する面と交差する位置で平坦なルート面などの一つの関連する面に垂直である。

第１環状壁上の流れ変更構造体は、一つ以上の領域内に配置されることができ、ここで、前記領域のそれぞれは、平坦な環状ルート面などの一つの関連する面と一致し、平坦な環状形状または環状セグメント形状を有する。流れ変更構造体は、前記一つ以上の領域内の流れ変更構造体が前記一つ以上の領域の表面積の少なくとも５０％以上に配置されるように、前記一つ以上の領域内に大きさを設定して組み立てることができる。好ましくは、流れ変更構造体は、前記一つ以上の領域内の流れ変更構造体が前記一つ以上の領域の表面積の少なくとも７５％の上に配置されるように、前記一つ以上の領域内に大きさを設定して組み立てることができる。

環状壁キャビティのそれぞれは、式ＡＲ＝Ｃ／Ｒで定義されるアスペクト比を有することができ、ここで、Ｃは平坦な環状ルート面などの一つの関連する面で測定された環状壁キャビティの最大円周長さであり、Ｒは環状壁キャビティの一面と、外側ハウジングに対してディスクが回転する軸に平行に取った第１同心リブなどの一つの関連するリブの一面との間の半径方向距離であり、また、前記アスペクト比（ＡＲ）は、０．２より大きいか等しく、４．０より小さいか等しい。好ましくは、アスペクト比は、０．２５より大きいか等しく、２．７５より小さいか等しい。より好ましくは、アスペクト比は、０．５より大きいか等しく、２．５より小さいか等しい。さらに好ましくは、アスペクト比は、１．０より大きいか等しく、１．５より小さいか等しい。

前記複数の流れ変更構造体の少なくとも一部は、これらが第１環状壁の円周に対して均一に離隔されないように第１環状壁上に配置され得る。例えば、前記装置は、前記流れ変更構造体のいずれも少なくとも７０度に跨って延びる第１環状壁のセクタに配置されないように構成することができる。

前記装置は、リザーバ及び作動キャビティと流体連通するバルブを含むことができる。前記バルブは、一体に回転するためのディスクに結合され得る。

前記作動流体は、シリコーンを含むことができる。

前記リザーバは、少なくとも部分的にはディスクによって定義され得る。

他の形態において、本教示は、外側ハウジング組立体、ディスク及びリザーバを備えた装置を提供する段階であって、前記外側ハウジング組立体は、作動キャビティを有し、前記ディスクは、外側ハウジング組立体内で回転可能であり、前記ディスクは、作動流体内に回転可能に収容されるロータ部を有し、前記作動流体は、前記リザーバと流体連通するものである段階；前記外側ハウジング組立体内にロータを回転させて作動キャビティを通って作動流体の流れを発生させ、作動キャビティを通って流れる作動流体に剪断力を印加する段階；及び第１環状面に隣接する作動流体の境界層に横断方向へ外側ハウジング組立体上に複数の位置で作動流体の移動を誘導する段階を含む方法を提供する。

第１面は、外側ハウジング組立体の環状壁に、または外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁に形成され得る。

第１面が外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁である場合に、前記方法は、更に、前記作動流体が前記装置の作動中に作動キャビティを通過することに応じて、作動キャビティの第２面に隣接する第２領域で作動流体の層流に乱流を誘導する段階を含むことができる。第２面は、前記外側ハウジング組立体の環状壁に形成され得る。

前記方法は、更に、前記外側ハウジング組立体に複数の流れ変更構造体を形成する段階を含むことができる。流れ変更構造体は、複数の同心流体溝を定義する外側ハウジング組立体の一部と一体に形成され得る。

流れ変更構造体は、キャビティとして形成され得る。

前記方法は、更に、外側ハウジング組立体の一部をキャスティングするとき、キャビティの少なくとも一部分が前記外側ハウジング組立体の一部分に形成されるように外側ハウジング組立体の少なくとも一部をキャスティングする段階を含むことができる。

外側ハウジング組立体上の位置は、作動キャビティを通った作動流体の流れが１００未満のレイノルズ数を有する位置であることができる。

前記方法は、更に、前記外側ハウジング組立体の一部分から材料を除去してキャビティの少なくとも一部分を形成する段階を含むことができる。材料は、ミーリング、ドリリング、エッチング、ブローチング及び放電加工からなる群から選択された操作で、外側ハウジング組立体の一部分から除去することができる。

前記方法は、更に、一つ以上の流れ変更構造体を形成するために、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）、エンボシング（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）、鍛造作業（ｆｏｒｇｉｎｇ）、 ファインブランキング（ｆｉｎｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ）及びローレット加工（ｋｎｕｒｌｉｎｇ）からなる郡から選択された操作で、外側ハウジング組立体の一部を形成する段階を含むことができる。

他の形態において、本教示は、外側ハウジング組立体、前記外側ハウジング組立体で回転可能なディスク及びリザーバを含む装置を提供する。前記外側ハウジング組立体は、第１環状壁、第２環状壁及び第１環状壁と第２環状壁との間に配置され、これらと連結する円周方向に延びる壁によって境界を有する作動キャビティを有する。前記第１環状壁は、複数の第１同心流体溝を有する。第２環状壁は、複数の第２同心流体溝を有する。前記ディスクは、作動キャビティ内に収容されるロータ部を有する。ロータ部は、第１側面、第２側面、及び外周面を有する。第１側面は、複数の第１同心リブを有し、第２側面は、複数の第２同心リブを有する。第１同心リブのそれぞれは、前記複数の同心流体溝などの一つの関連する溝内に収容される。第２同心リブのそれぞれは、前記複数の第２同心流体溝などの一つの関連する溝内に収容される。リザーバは、その内部に作動流体を有し、また、作動キャビティと流体連通状態で結合される。作動流体流路は、リザーバと作動キャビティとの間に延び、また、外側ハウジング組立体の第１環状壁と前記ロータ部の第１側面との間に軸方向に配置される第１間隙、外側ハウジング組立体の第２環状壁とロータ部の第２側面との間に軸方向に配置される第２間隙、及び外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁とロータ部の外側円周面との間に、半径方向に配置される第３間隙を含む。第１環状壁と円周方向に延びる壁の少なくとも一つは、前記ディスクが外側ハウジング組立体に対して回転し、前記作動流体の一部分が作動流体流路にあるとき、流れ変更構造体に局所的な領域で第１間隙と第２間隙との一つ、または一つなどの関連間隙内に作動流体の層流で乱流を促進するように構成された複数の流れ変更構造体を含む。

また他の形態において、本教示は、外側ハウジング組立体、ディスク及びリザーバを備えた装置を提供する段階であって、前記外側ハウジング組立体は、作動キャビティを有し、前記ディスクは、外側ハウジング組立体内で回転可能であり、前記ディスクは、作動流体内に回転可能に収容されるロータ部を有し、前記作動流体は、前記リザーバと流体連通するものである段階；及び前記装置の作動中に前記作動流体が作動キャビティを通過することに応じて、作動キャビティの第１表面に隣接した第１領域に作動流体の層流で乱流を誘導する段階を含む方法を提供する。

更なる領域の適用可能性は、本明細書に提供された記載から明らかになるだろう。この概要における説明及び特定の実施例は、単に、例示目的として意図され、本開示の範囲を限定するものとして意図しない。

本明細書に記載される図面は、可能なすべての実施形態ではなく、単に、選択された実施形態などの例示の目的のためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図しない。
本発明の教示に従って構成された例示的な粘性ファンクラッチの正面図であり、粘性ファンクラッチは、例示的なファンと連動する関係として示される。 図１のファンクラッチの分解斜視図である。 図１のファンクラッチの縦断面図である。 図３の拡大部分である。 本開示の教示に従って構成された他のファンクラッチの部分断面透視図である。 外側ハウジング組立体の一部をより詳細に示す、図１のファンクラッチの一部の分解斜視図である。 外側ハウジング組立体の一部をより詳細に示すファンクラッチ組立体の一部分の背面図である。 図７の拡大部分である。 外側ハウジング組立体の代替構成部分を示すことを除き、図７と類似の図面である。 外側ハウジング組立体の代替構成部分を示すことを除き、図８と類似の図面である。 外側ハウジング組立体の代替構成部分を示すことを除き、図８と類似の図面である。 本開示の教示に従って構成された他の外側ハウジング組立体の一部を示す斜視図である。 本開示の教示に従って構成された他の外側ハウジング組立体の一部を示す斜視図である。 図１３の前記外側ハウジング組立体の一部の背面図である。 図１３の前記外側ハウジング組立体の一部を切り取った断面図である。 本開示の教示に従って構成された他の外側ハウジング組立体の一部分の背面図である。 本開示の教示に従って構成された他の外側ハウジング組立体の一部の斜視図である。 図１７の外側ハウジング組立体の一部の拡大図である。 図１７の外側ハウジング組立体を採用する粘性ファンクラッチの縦断面図の一部である。 ディスクと外側ハウジング組立体との間の間隙で作動流体を示す先行技術の粘性ファンクラッチの一部分の概路図であり、前記作動流体は、先行技術の外側ハウジング組立体に隣接して比較的薄い境界層を形成する。 ディスクと外側ハウジング組立体との間の間隙で作動流体を示す図１９の粘性ファンクラッチの一部分の概路図であり、前記作動流体は、前記外側ハウジング組立体に隣接して比較的薄い境界階を形成する。 所定の最大温度で先行技術の粘性ファンクラッチと図１９の粘性ファンクラッチの入力及び出力速度の等温組み合わせを示すプロットであり、ここて、これらのクラッチにおける作動流体の温度は、所定の温度に制限される。

対応する参照符号は、図面のいくつかの面を介して対応する部分を示す。

図１を参照すると、本開示の教示に従って回転エネルギーを伝達するために、剪断力を用いるように構成された例示的な装置は、一般的に参照番号１０で表示される。提示された特定の実施例において、前記装置は、ファン１２と連動する関係で示された粘性ファンクラッチであるが、本開示の教示が制限されないが、クラッチ、ヒーター及びポンプを含む他の装置に適用されるということが認識されるだろう。

図２及び図３を参照すると、装置１０は、入力シャフト２０、ディスク２２、外側ハウジング組立体２４、及びリザーバ２６を含むことができる。入力シャフト２０は、装置１０の入力部材として機能することができ、回転力源として直接駆動されることができ（例えば、入力シャフト２０は、電気モータの出力シャフトに直接結合されるとか、またはこれと一体に形成され得る）、または、無端動力伝達手段を介して回転力源に結合され得る。無端動力伝達手段は、ベルト（図示せず）、例えば、Ｖ−ベルト、またはポリＶ−ベルトを含むことができ、これは、通常的なフロントエンジンの補機駆動システム（ＦＥＡＤ）の一部になり得る。ＦＥＡＤのベルトは、一体に回転するためのエンジンクランクシャフトに結合され得るクランクシャフトプーリ、及び共同に回転するために、入力シャフト２０に取り付けられ得る補助プーリを含む複数のエンジンクランクシャフト（図示せず）に取り付けられ得る。無端動力伝達手段は、チェーン及びスプロケット（ｓｐｒｏｃｋｅｔ）を含むことができるとか、または複数の噛み合うギヤを含むことができる。

図３及び図４を参照すると、ディスク２２は、一体に回転する入力シャフト２０に取り付けられ得る。ディスク２２は、第１側面３２、第２側面３４、及び外側円周面３６を有することができるロータ部３０を含むことができる。第１側面３２は、入力シャフト２０の回転軸Ａに対して同心に配置された複数の第１同心リブ４２を有することができる。提示された実施例において、第１同心リブ４２のそれぞれは、回転軸Ａに平行な方向でロータ部３０の本体４４の軸方向一側面から延び、第１同心リブ４２のそれぞれは、回転軸Ａに垂直である第１リブ端部面４６を縦端する。選択的に、第２側面３４は、回転軸Ａに対して同心に配置され得る複数の第２同心リブ５４を有することができる。提示された実施例において、第２同心リブ５４のそれぞれは、回転軸Ａに平行な方向で前記ロータ部３０の本体４４の対向軸方向側面から延び、前記第２同心リブ５４のそれぞれは、回転軸Ａに垂直である第２リブ端部面５６で縦端する。第１同心リブ４２の構成及び／または第２同心リブ５４（含む場合）の構成は、本明細書に示される特定の構成から外れることができるということが認識されるだろう。

外側ハウジング組立体２４は、提示された実施例における装置１０の出力部材であり、ディスク２２と入力シャフト２０と独立的に回転軸Ａに対して回転可能となるように、前記入力シャフト２０上に取り付けられた一つ以上の軸受５８によって支持される。外側ハウジング組立体２４は、第１環状壁６２、第２環状壁６４、及び前記第１及び第２環状壁６２、６４の間に配置され、これらの壁を連結する円周方向に延びる壁６６によって境界を有する作動キャビティ６０を定義することができる。例示された実施例において、外側ハウジング組立体２４は、第１ハウジング部材７０及び作動キャビティ６０を形成するように協働する第２ハウジング部材７２を含む。第１環状壁６２は、回転軸Ａに対して同心に配置され得る複数の第１同心流体溝７４を定義することができる。提示された実施例において、第１同心流体溝７４のそれぞれは、回転軸Ａに平行な方向で第１ハウジング部材７０に延び、第１同心流体溝７４のそれぞれは、回転軸Ａに垂直である第１ルート面で終端し、第１ルート面７６のそれぞれは、共通の平面に配置される。ディスク２２が第２同心リブ５４を含む場合、第２環状壁６４は、回転軸Ａに対して同心に配置され得る複数の第２同心流体溝８６を定義することができる。提示された実施例において、第２同心流体溝８６のそれぞれは、回転軸Ａに平行な方向で第２ハウジング部材７２に延び、第２同心流体溝８６のそれぞれは、回転軸Ａに垂直である第２ルート面８８で終端し、第２ルート面８８のそれぞれは、共通の平面に配置される。第１同心流体リブ７４の構成及び／または第２同心流体リブ８６（含む場合）の構成は、本明細書に示される特定の構成から外れることができるということが認識されるだろう。

ディスク２２は、ロータ部３０が作動キャビティ６０内に配置されるように外側ハウジング組立体２４内に収容され得る。第１同心リブ４２のそれぞれは、第１同心流体溝など７４の一つの関連溝内に収容されることができ、また、ロータ部３０が第２同心リブ５４を含む場合、第２同心リブ５４のそれぞれは、第２同心流体溝８６などの一つの関連溝内に収容され得る。

リザーバ２６は、作動キャビティ６０と流体連通して結合されることができ、その内部にシリコーン流体などの適切な作動流体を保持することができる。より具体的に、作動流体流路は、リザーバ２６と作動キャビティ６０との間に延びることができ、第１環状壁６２とロータ部３０の第１側面３２との間に軸方向に配置される第１間隙９０、第２環状壁６４とロータ部３０の第２側面３４との間に軸方向に配置される第２間隙９２、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８とディスク２２の外側円周面３６との間に半径方向に配置される。第１、第２及び第３間隙９０、９２、９４は、典型的に、（ディスク２２の直径に対して）非常に小さく、典型的に、幅３ｍｍ未満である（すなわち、第１、第２及び第３間隙９０、９２、９４のうち、いずれかで外側ハウジング組立体２４とディスクとの間の間隔は、典型的に、寸法３ｍｍ未満である）。

リザーバ２６は、任意の所望の位置に配置されることができ、外側ハウジング組立体２４内に配置される必要はない。提示された実施例において、リザーバ２６は、部分的には、ディスク２２によって定義され、また、部分的には、外側ハウジング組立体２４の第１ハウジング部材７０によって定義される。所望の場合、バルブ１００は、リザーバ２６と作動キャビティ６０との間の流体連通を調節するために使用することができる。提示された実施例において、バルブ１００は、一体に回転するためのディスク２２に結合される。バルブ１００は、例えば、バイメタル素子、電磁石、または空気圧シリンダと任意の所望の方法で作動することができる。作動キャビティ６０を抜け出る流体は、リターンライン１０２を経ってリザーバ２６にリターンすることができる。リターンライン１０２は、図３に示されたように、例えば、第１ハウジング部材７０で外側ハウジング組立体２４内に形成され得る。代替的に、リターンライン１０２′は、図５に示されたように、ディスク２２′を通って半径方向に形成され得る。

図３、図４及び図６を参照すると、外側ハウジング組立体２４は、ディスク２２が外側ハウジング組立体２４に対して回転し、作動流体の一部が作動流体流路内にあるとき、外側ハウジング組立体２４に隣接して作動流体の境界層の厚さを局所的に減少させるように構成される複数の流れ変更構造体１１０を含むことができる。提示された実施例において、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６に配置されるが、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６に追加して、または前記壁の代わりに第１環状壁６２及び／または第２環状壁６４に配置され得る。また、提示された実施例において、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６に配置される数量が少なくても五つ（５）である。

図９を参照すると、流れ変更構造体１１０′は、外側ハウジング組立体２４′の内側面９８′から延びる突出部として形成され得る。しかし、図６〜図８の実施例において、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８に形成されるキャビティ１２０を含む。キャビティ１２０のそれぞれは、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８の半径方向外側に延びる。

キャビティ１２０の構成は、様々な目的、例えば、キャビティ１２０を形成することができる容易性及び方式、作動流体がキャビティ１２０に引き込まれる方式、及び／または作動流体がキャビティ１２０から排出する方式で適合に変化することができる。例えば、図１０を参照すると、それぞれのキャビティ１２０は、必要に応じて、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８と少なくとも部分的に同心である半径方向外側壁１３０を有することができる。キャビティ１２０のそれぞれは、半径方向外側壁１３０の対向方向に配置される１対の端セグメント１３２を有することができる。端セグメント１３２の一つまたは二つは、場合によって半径方向外側壁１３０と円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８との間に全体的に、または部分的にテーパ状であることができる。他の実施例として、図１１を参照すると、端セグメント１３２のそれぞれは、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側壁９８に半径方向外側壁１３０を連結することができ、場合によって端セグメント１３２の一つまたは二つは、少なくとも部分的に半径によって定義され得る。

再び、図６〜図８を参照すると、キャビティ１２０の深さＤは、任意の所望の深さに設定することができる。しかし、我々は、キャビティ１２０が、０．２ｍｍより大きいか等しく、３．５ｍｍより小さいか等しい、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８に対する半径方向の深さＤを有する場合に、最も実用的であるということを明かにした。好ましくは、キャビティ１２０の半径方向の深さは、０．５ｍｍより大きいか等しく、２．８ｍｍより小さいか等しいといえる。より好ましくは、キャビティ１２０の半径方向の深さは、０．８ｍｍより大きいか等しく、２．５ｍｍより小さいか等しいといえる。

提示された特定の実施例において、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８は、流れ変更構造体１１０が組み立てられる理論的（右側円形）円筒を定義することができる。流れ変更構造体１１０は、一つ以上の連続領域で、及び一つ以上の所望の組み立て密度（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ）で理論的円筒の表面に組み立てられ得る。このような説明の目的として、ａ）任意の連続領域の幅は、回転軸Ａに垂直に延びる平行な面によって定義され、ここで、各面は、流れ変更構造体１１０の少なくとも一つに少なくとも一つの点に接し、前記連続領域内に流れ変更構造体１１０の全ては、二つの平行な面などの間に軸方向に配置され；ｂ）理論的円筒の表面の全体よりも小さい領域にわたって延びる任意の連続領域は、回転軸Ａを含み、理論的円筒の表面を通って延びる交差面によって形成された（直線）端部を有し、これは、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８と一致し、ここで、交差平面のそれぞれは、流れ変更構造体１１０の少なくとも一つに少なくとも一つの点に接し、前記連続領域内に流れ変更構造体１１０の全ては、二つの交差平面などの間に軸方向に配置される。

例えば、流れ変更構造体１１０は、理論的円筒の全周を延びる単一領域内に配置され得る（すなわち、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８の全体にわたって分布され得る）。代替的に、流れ変更構造体１１０は、一つ以上の連続領域で、及び一つ以上の所望の組み立て密度で理論円筒の表面に対して組み立てられ得る。従って、理論的円筒の表面の一つ以上の領域は、流れ変更構造体１１０の任意のものが組み立てられない。図７の実施例において、理論的円筒の表面の領域は、流れ変更構造体１１０が作動流体のリターンライン１０２への変換を干渉しないように保障するために流れ変更構造体１１０の任意のものに組み立てられない（図６）。この実施例において、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６の部分にわたって単一連続領域に配置され、流れ変更構造体１１０のいずれも少なくとも７０度に跨って円周方向に延びる壁６６の残り部分に配置される。提示された特定の実施例において、組み立てられない円周方向に延びる壁６６の残り部分は、約９０度に跨って延びる。これと同様な構成は、例えば、作動キャビティ６０（図４）と交差するリターンライン１０２（図６）の端部に向かうため、ワイパー素子Ｗ（図１２）を使用する装置１０（図１）の構成において、リターンライン（図６）に近接して好ましくない特性の形成に対して案内するが、特定の状況で必要であるとか、好ましいことができる。

しかし、流れ変更構造体１１０は、図１２に示されたように、円周方向に延びる壁６６の境界に対して完全にまたはほぼ完全に延びるセクタに跨って一つの隣接領域に配置されることができるということが認識されるだろう。さらに、ワイパー要素を使用しない装置１０（図１）の構成、例えば、ディスク２２′を通って半径方向に延びるリターンライン１０２′を使用する図５の実施形態は、円周方向に延びる壁の半径方向内側面９８の全周に跨って延びる一つの連続領域に流れ変更構造体１１０が配置される構成から有益ができる。

図７に戻って、円周方向に延びる壁６６のセクタは、流れ変更構造体１１０に組み立てられないため、流れ変更構造体１１０は、円周方向に延びる壁６６の円周に対して不均一な方式で離隔されると考えられる。代替的に、連続領域内に配置される流れ変更構造体１１０などの間の可変性または変化された間隔は、流れ変更構造体１１０の不均一な間隔を提供するために使用することができる。

流れ変更構造体１１０で組み立てられる連続領域内において、流れ変更構造体１１０は、連続領域で流れ変更構造体１１０が連続領域内にある理論的円筒の表面積の少なくとも５０％に配置されるように、円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８に大きさを設定して組み立てることができる。より特に、連続領域内に流れ変更構造体１１０は、連続領域内にある理論的円筒の表面積の少なくとも７５％に配置され得る。

再び、図７及び８を参照すると、流れ変更構造体１１０が円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８に形成されるキャビティ１２０である場合、キャビティ１２０のそれぞれは、次の式で定義されるアスペクト比（ＡＲ）を有することができる：
ＡＲ＝Ｃ／Ｒ
ここで、Ｃは円周方向に延びる壁６６の半径方向内側面９８で測定したキャビティ１２０の最大円周長さであり、Ｒはディスク２２（図３）の回転軸Ａと交差するラインに沿って取ったキャビティ１２０の半径方向最外側面とロータ部３０（図４）の外側円周面３６（図４）との間の半径方向長さである。一部の形態において、アスペクト比（ＡＲ）は、０．２より大きいか等しく、４．０より小さいか等しいといえる。好ましくは、アスペクト比は、０．２５より大きいか等しく、２．７５より小さいか等しいといえる。より好ましくは、アスペクト比は、０．５より大きいか等しく、２．５より小さいか等しいといえる。さらに好ましくは、アスペクト比は、１．０より大きいか等しく、１．５より小さいか等しいといえる。

図１３〜図１５の実施例において、流れ変更構造体１１０ａは、第１環状壁６２ａに配置される。流れ変更構造体１１０ａは、第１環状壁６２ａから軸方向に延びる突出部を含むことができるが、提示された特定の実施例において、流れ変更構造体１１０ａは、外側ハウジング組立体２４ａ内に形成され、第１ルート面７６の少なくとも一つと交差する環状壁キャビティ１２０ａを含むことができる。

環状壁キャビティ１２０ａのそれぞれは、０．２ｍｍより大きいか等しく、３．５ｍｍより大きいか等しい第１ルート面７６の一つの関連する面に対する深さを有することができる。好ましくは、環状壁キャビティ１２０ａの深さは、０．５ｍｍより大きいか等しく、２．８ｍｍより小さいか等しい。より好ましくは、環状キャビティ壁１２０ａの深さは、０．８ｍｍより大きいか等しく、２．５ｍｍより小さいか等しい。

環状壁キャビティ１２０ａのそれぞれは、キャビティ側壁１４０及びキャビティ側壁１４０によって境界を有することができるキャビティ底壁１４２を有することができる。所望の場合、キャビティ側壁１４０の少なくとも一部は、キャビティ側壁１４０の一部が第１ルート面７６の一つの関連する面と交差する位置で第１ルート面７６の一つの関連する面と垂直であることができる。環状壁キャビティ１２０ａは、キャビティ底壁１４２の少なくとも一部が第１ルート面７６の少なくとも一つに平行になるように構成され得る。環状壁キャビティ１２０ａのそれぞれは、更に、一対の対向円周方向端部１４４を有することができる。円周方向端部１４４の少なくとも一つは、円周方向端部１４４が第１ルート面７６の一つの関連する面と交差する位置で少なくとも部分的には半径によって定義され得る。

環状壁キャビティ１２０ａは、それぞれ次の式で定義されるアスペクト比（ＡＲ）を有することができる。
ＡＲ＝Ｃ／Ｒ
ここで、Ｃは第１ルート面７６の一つの関連する面で測定した環状壁キャビティ１２０ａの最大円周方向長さであり、Ｒはディスク２２（図３）が外側ハウジング組立体２４ａに対して回転する回転軸Ａ（図３）に平行に取った底壁１４２と第１同心リブ４２（図４）の一つの関連するリブの第１リブ端部面４６との間の最大長さである。一部の実施例において、アスペクト比（ＡＲ）は、０．２より大きいか等しく、４．０より小さいか等しいといえる。好ましくは、アスペクト比は、０．２５より大きいか等しく、２．７５より小さいか等しいといえる。より好ましくは、アスペクト比は、０．５より大きいか等しく、２．５より小さいか等しいといえる。さらに好ましくは、アスペクト比は、１．０より大きいか等しく、１．５より小さいか等しいといえる。

第１環状壁６２ａ上の流れ変更構造体１１０ａは、一つ以上の領域内に配置されることができ、前記領域のそれぞれは、第１ルート面７６の一つの関連する面と一致し、平坦な環状形状または環状セグメント形状を有する。各領域内に流れ変更構造体１１０ａは、一つ以上の領域内に流れ変更構造体１１０ａが前記一つ以上の領域の表面積の少なくとも５０％以上に配置され得るように、一つ以上の領域で大きさを設定して組み立てられ得る。好ましくは、流れ変更構造体１１０ａは、一つ以上の領域内に流れ変更構造体１１０ａが前記一つ以上の領域の表面積の少なくとも７５％に配置され得るように、一つ以上の領域で大きさを設定して組み立てられ得る。これと等しい説明の目的として、第１環状壁６２ａに対する領域が第１環状壁６２ａの周りに完全に延びない場合、前記領域は、互いに交差する一対の平面によって境界を有することができ、前記平面のそれぞれは、一つ以上の地点で流れ変更構造体１１０ａの一つ以上に接することができ、前記領域内に流れ変更構造体１１０ａの全ては、前記一対の交差平面の間に配置される。

流れ変更構造体１１０ａは、任意の所望の方式で第１環形壁６２ａに配置され得る。例えば、流れ変更構造体１１０ａの少なくとも一部は、これらが第１環状壁６２ａの円周に対して均一に離隔されないように、第１環状壁６２ａに対して配置され得る。このような観点から、流れ変更構造体１１０ａの間の変化または可変間隔が利用されることができ、及び／または流れ変更構造体１１０ａの領域または領域などは、これらが第１環状壁６２ａの円周に対して完全に延長されないように構成され得る。提示された特定の実施例において、流れ変更構造体１１０ａは、第１環状壁６２ａのセクタに跨って一つの連続領域に配置され、ここで、流れ変更構造体６２ａのいずれも少なくとも７０度に跨って延びる第１環状壁６２ａの残りセクタに配置される。提示された特定の実施例において、組み立てられていない第１環状壁６２ａの残りセクタは、約９０度に跨って延びる。

粘性ファンクラッチの分野において、第１同心流体溝７４の半径方向最外側溝７４ａが第１同心流体溝７４の半径方向最外側溝７４ａの半径方向内側にある第１同心流体溝７４より何かもっと広いことが比較的有り勝ちな場合である。従って、第１環状壁６２ａで流れ変更構造体１１０ａが第１同心流体溝７４の半径方向最外側溝７４ａ内のみに配置されることならば、外側ハウジング組立体２４ａを製造することのがさらに容易になり得る。しかし、本開示の教示は、流れ変更構造体などが第１同心流体溝７４の半径方向最外側溝７４ａの半径方向内側にある第１同心流体溝７４の一つ以上のみに局限される状況だけでなく、流れ変更構造体などが第１同心流体溝７４の半径方向最外側溝７４ａ及びその半径方向内側にある第１同心流体溝７４の一つ以上に配置される状況まで流れ変更構造体１１０ａの使用を拡張できるということが認識されるだろう。

当業者は、流れ変更構造体１１０ａが第１環状壁６２ａに対して前述したものと類似の方式で第２環状壁６４（図３）に配置されることができ、第２環状壁６４上に流れ変更構造体１１０ａの使用が第１環状壁６２ａ上に配置された流れ変更構造体１１０ａに追加するとか、または代わりに可能であるということが認識されるだろう。

流れ変更構造体１１０ａが第１同心流体溝７４内に、またはその上に配置される円周方向に延びるキャビティ１２０ａであるものとして説明されたが、当業者らは、流れ変更構造体１１０ａが何か異なって形成され得るということを認識するだろう。例えば、流れ変更構造体１１０ａ′は、図１６に示されたように、半径方向に延びるように第１環状面６２ａ′上に形成され得る。この実施例において、流れ変更構造体１１０ａ′は、複数の第１同心流体溝７４と交差するキャビティ１２０ａ′である。

図１７及び図１８を参照すると、本開示の教示に従って構成された他の外側ハウジング組立体２４ｂの一部が示される。外側ハウジング組立体２４ｂは、流れ変更構造体１１０ｂが円周方向に延びる壁６６ｂと前記第１環状壁６２ｂ内の第１同心流体溝７４の半径方向最外側７４ａの両方に形成されることを除いて、前述した外側ハウジング組立体の任意のものと類似することができる。この実施例において、流れ変更構造体１１０ｂのそれぞれは、円周方向に延びる壁６６ｂの半径方向内側面９８に形成されたキャビティ１２０ｂ−１からなされた第１部分、及び第１環状壁６２ｂ内で第１同心流体溝７４の半径方向最外側溝７４ａの第１ルート面７６内に形成された環状壁キャビティ１２０ｂ−１からなされた第２部分を含む。提示された特定の実施例で流れ変更構造体１１０ｂは、エンドミル（図示せず）を介して形成されたが、当業者らは、流れ変更構造体１１０ｂがキャスティング（例えば、ダイキャスティング、インベストメントキャスティング、サンドキャスティング）を含んだ任意の適切な方法で形成され得るということを認識するだろう。流れ変更構造体１１０ｂの大きさ設定、組み立て密度などは最初の二つの実施形態に対して説明されたものと類似または同一できるということを理解するだろう。

図１９を参照すると、図１７の方式で構成された外側ハウジング組立体２４ｂを有する装置１０ｂは、回転力がディスク２２を駆動するために、入力シャフト２０に提供される操作で例示され、バルブ１００は、作動流体流路を介してリザーバ２６から作動キャビティ６０へ流体連通を許容する開放状態で作動する。作動中に、作動流体経路を通って移動する流体は、第１及び第２間隙９０、９２の間に移動し、外側ハウジング組立体２４ｂに対してディスク２２の回転は、第１及び第２間隙９０、９２で作動流体内の剪断力を生じさせる。このような剪断力は、外側ハウジング組立体２４ｂに対して適用されるトルクを発生し、外側ハウジング組立体２４ｂが回転軸Ａに対して回転する原因となる。剪断力は、また、作動流体内に熱を発生する。第１及び第２間隙９０、９２で作動流体は、それが第３間隙９４内に収容されるまで半径方向外側方向に漸進的に作動する。第３間隙で作用流体は、結局、リターンライン１０２の入口に向かうようになり、リザーバ２６にリターンする。作動流体の比較的高い粘土及び第１、第２及び第３間隙９０、９２、９４の比較的小さい大きさによって、作動キャビティ６０を通って延びる作動流体流路の一部で作動流体のレイノルズ数は、１００未満であり、これは、層流から乱流への転換より著しく低く、我々はこれが約２０００のレイノルズ数で発生すると思う。参考に、我々は、完全な乱流が約４０００のレイノルズ数で発生するということをさらに理解する。

図２０を参照すると、通常的に構成された（すなわち、先行技術）粘性ファンクラッチＰＡＶＦＣの作動流体の流路を大きく拡大した部分が示される（ＣＦＤソフトウェアの助けで作成する）。これと同一の論議の目的のために、先行技術の粘性ファンクラッチＰＡＶＦＣが前述した流れ変更構造体などの任意のものを使用または含まないことを除いて、図１９の装置１０ｂと同一である。示されたように、先行技術の外側ハウジング組立体ＯＨＡの円周方向に延びる壁ＣＥＷの半径方向内側面ＲＩＳと従来技術のロータ部ＲＰの外側円周面ＯＣＳとの間の作動流体の比較的厚い絶縁性境界層は、先行技術の外側ハウジング組立体ＯＨＡの半径方向内側面ＲＩＳに対して積もり続ける。境界層ＢＬ−１の比較的薄い寸法は、先行技術の組立体ＯＨＡの作動流体と半径方向内側面ＲＩＳとの間の熱伝逹を制限する。この実施例において、先行技術のロータ部ＲＰの外側円周面ＯＣＳに隣接した作動流体は、２５１℃の温度を有し、境界層ＢＬ−１の開始付近の指示された地点で作動流体は、２１９℃の温度を有し、先行技術の外側ハウジング組立体ＯＨＡの半径方向内側面ＲＩＳに隣接した作動流体は、１０４℃の温度を有する。

図２１を参照すると、図１９の装置１０ｂの作動流体の流路で作動流体を大きく拡大した部分は、図２０で使用されたデータを生成するために使用されたものと同一の入力及び出力条件で示す。容易に分かるように、流れ変更構造体１１０ｂに局所的な円周方向に延びる壁６６ｂの半径方向内側面９８に隣接する作動流体の境界層ＢＬ−２は、厚さが著しく小さく、これは、作動流体から回転する外側ハウジング組立体２４ｂに熱を遮断できる速度を大幅に増加させる。この実施例において、ロータ部３０の外側円周面３６に隣接した作動流体は、１６４℃の温度を有し、境界層ＢＬ−２の開始に近接した指示された地点で作動流体は、１５１℃の温度を有し、外側ハウジング組立体２４ｂの半径方向内側面９８に隣接した作動流体は、１０７℃の温度を有する。図２０の先行技術の粘性ファンクラッチＰＡＶＦＣに比べて、ロータ部３０の外側円周面３６と円周方向に延びる壁６６ｂの半径方向内側面９８との間に延びる作動流体の温度差（流れ変更構造体１１０ｂに局所的な領域で）は、４４℃であり、これは、先行技術の粘性ファンクラッチＰＡＶＦＣ（図２０）によって得られた差（すなわち、１１５℃）から７１℃の減少である。さらに、熱遮断（作動流体から外側ハウジング組立体へ）の速度増加のため、作動流体の最大温度は、先行技術の粘性ファンクラッチＰＡＶＦＣ（図２０）に比べて装置１０ｂで８７℃に減少した。

図２２でプロットは、一対の様々な粘性ファンクラッチ（すなわち、本開示の教示に従って構成され、流れ変更構造体を有する第１または先行技術の粘性ファンクラッチ及び第２粘性ファンクラッチ）の等温組み合わせを示し、これは、これらのクラッチで作動流体の温度を所定の最大温度に制限する。提示された特定の実施例において、前記所定の最大温度は、２３２℃であり、従って、プロット２００、２０２のそれぞれは、クラッチのそれぞれに対する作動速度境界（スリップ熱馬力換算で表示）を示し、これを越えるとシリコーン作動流体が急速に低下してクラッチの故障の原因となる。二つのプロットは、ベースラインプロット２０２と異なるプロット２００からなり、前記ベースラインプロット２０２は、図２０の先行技術の粘性ファンクラッチがその内部の作動流体が最大臨界温度に到逹する前に耐えることができる最大スリップ熱馬力（すなわち、先行技術のファン粘性クラッチの作動境界）を示し、前記他のプロット２００は、図１９の粘性ファンクラッチが前記作動流体が最大臨界温度に到逹する前に耐えることができる最大スリップ熱馬力（すなわち図１９の粘性ファンクラッチの作動境界）を示す。プロットのそれぞれは、粘性ファンクラッチの人力速度またはファンクラッチの出力速度の関数として粘性クラッチのそれぞれの最大スリップ熱馬力を示す。前記データは、部品番号０１００２３２７５（φ２５インチ×９×２．５２インチ）でボーグワーナー社によって製造されたファンであり、テストＣＳ−４７４３８．０によって生成し、φ２６インチ（６６０．４ｍｍ直径）リングは、ベースラインプロット２０２を生成するために使用される部品番号０１００２６７８４でボーグワーナー社によって製造された先行技術のモデル６６４粘性ファンクラッチと関連して、または、部品番号０１００２６７８４でボーグワーナー社によって製造され、図１９の実施例で記述されたように、変形されたモデル６６４粘性ファンクラッチと関連して粉砕した。ライン（すなわち、５０％ライン２１０）は、粘性ファンクラッチのファンまたは出力速度が粘性ファンクラッチの入力速度の半分（すなわち、５０％）である状況を示す。二つのプロット２０２、２００から明らかなように、先行技術の粘性ファンクラッチＰＡＶＦＥＣ（図２０）の最大スリップ熱馬力は、３．４ＨＰであり、ここで、ベースラインプロット２０２は、５０％ライン２１０と交差する一方、本開示の教示に従って構成された粘性ファンクラッチ１０ｂ（図１９）の最大スリップ熱馬力は、４．０ＨＰであり、ここで、プロット２００は、５０％ライン２１０と交差する。最大スリップ熱馬力は、本開示の教示によって提供される増加された熱遮断能力に直接起因することができる１７％増加である。

前記論議を考慮して、外側ハウジング組立体、ディスク及びリザーバを備えた装置を提供する段階であって、前記外側ハウジング組立体は、作動キャビティを有し、前記ディスクは、外側ハウジング組立体内で回転可能であり、前記ディスクは、作動流体内に回転可能に収容されるロータ部を有し、前記作動流体は、前記リザーバと流体連通するものである段階；前記外側ハウジング組立体内にロータを回転させ、作動キャビティを通って作動流体の流れを発生させ、作動キャビティを通って流れる作動流体に剪断力を印加する段階；及び第１環状面に隣接する作動流体の境界層に横断方向で外側ハウジング組立体上に複数の別の位置で作動流体の移動を誘導する段階を含む方法を提供する。外側ハウジング組立体に対する位置は、作動キャビティを通った作動流体の流れが１００未満のレイノルズ数を有する位置であることができる。

第１面は、外側ハウジング組立体の環状壁上に形成され得る。追加的にまたは代替的に、第１面は、外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁上に形成され得る。このように、本方法は、さらに、前記作動流体が前記装置の作動中に作動キャビティを通過するによって作動キャビティの第２面に隣接した第２領域で作動流体の層流で乱流を誘導する段階を含むことができる。

前記方法は、さらに、外側ハウジング組立体上に複数の流れ変更構造体を形成する段階を含むことができる。流れ変更構造体は、複数の同心流体溝を定義する外側ハウジング組立体の一部分と一体に形成されることができ、流れ変更構造体は、場合に応じてキャビティとして形成され得る。流れ変更構造体がキャビティとして形成される場合、前記方法は、さらに、前記外側ハウジング組立体の少なくとも一部分をキャスティングする段階を含むことができ、ここで、キャビティの少なくとも一部分は、外側ハウジング組立体の一部分をキャスティングするとき、外側ハウジング組立体の一部分に形成される。追加的にまたは代替的に、前記方法は、さらに、前記外側ハウジング組立体の一部分から材料を除去してキャビティの少なくとも一部分を形成する段階を含むことができる。材料は、ミーリング、ドリリング、エッチング、ブローチング及び放電加工からなる群から選択された操作で、外側ハウジング組立体の一部分から除去することができる。

追加的にまたは代替的に、この方法は、さらに、一つ以上の流れ変更構造体を形成するために、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）、エンボシング（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）、鍛造作業（ｆｏｒｇｉｎｇ）、 ファインブランキング（ｆｉｎｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ）及びローレット加工（ｋｎｕｒｌｉｎｇ）からなる郡から選択された操作で、外側ハウジング組立体の一部を形成することを含むことができる。

実施形態の前述した説明は、例示及び説明の目的で提供された。これは、網羅するとか開示を限定することを意図しない。特定実施形態の個別要素または特徴は、一般的に、特定の実施形態に制限されるものではないが、適用可能な場合、互いに交換的であり、具体的に示すとか記述されていなくても選択された実施形態で使用することができる。これは、また多くの方法で変化させることができる。このような変形は、本開示を逸脱するものとして見なされるべきではなく、このようなすべての変形は、本開示の範囲内に含まれるものとして意図される。

Claims (50)

1. 外側ハウジング組立体、ディスク及びリザーバを含む装置であって、
   前記外側ハウジング組立体は、第１環状壁、第２環状壁及び前記第１環状壁と第２環状壁のと間に配置され、これらの壁を連結する円周方向に延びる壁によって境界を有する作動キャビティを有し、前記第１環状壁は、複数の第１同心流体溝を有し；
   前記ディスクは、外側ハウジング組立体内に回転可能に収容され、前記ディスクは、作動キャビティ内に収容されるロータ部を有し、前記ロータ部は、第１側面、第２側面及び外周面を有し、前記第１側面は、複数の第１同心リブを有し、第１同心リブのそれぞれは、前記複数の第１同心流体溝などの一つの関連する溝内に収容され；
   前記リザーバは、その内部に作動流体を有し、前記リザーバは、作動流体流路を介して作動キャビティと流体連通状態で連結され、前記作動流体流路は、前記外側ハウジング組立体の第１環状壁と前記ロータ部の第１側面との間に軸方向に配置された第１間隙、前記外側ハウジング組立体の第２環状壁と前記ロータ部の第２側面との間に軸方向に配置された第２間隙、及び前記外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁と前記ロータ部の外側円周面との間に半径方向に配置された第３間隙を含み、
   前記第１環状壁と、前記円周方向に延びる壁とのうちの少なくとも一つは、前記ディスクが外側ハウジング組立体に対して回転し、前記作動流体の一部が作動流体流路内にあるとき、流れ変更構造体に局所的な位置から前記円周方向に延びる壁と、前記第１環状壁とのうち少なくとも一つに隣接して作動流体の境界層の厚さを減少させるように構成された複数の流れ変更構造体を含む、装置。
2. 前記流れ変更構造体は、円周方向に延びる壁の半径方向内側面内に形成されたキャビティを含み、前記キャビティのそれぞれは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面の半径方向外側に延びる、請求項１に記載の装置。
3. 各キャビティは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面と少なくとも部分的に同心である半径方向外側壁を有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記キャビティのそれぞれは、半径方向外側壁の対向側に配置される１対の端セグメントを有し、ここで、前記端セグメントうちの一つの少なくとも一部分が円周方向に延びる壁の半径方向内側壁と半径方向外側壁との間にテーパ状となる、請求項２に記載の装置。
5. 前記キャビティのそれぞれは、半径方向外側壁に対向側に配置される１対の端セグメントを有し、前記端セグメントのそれぞれは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面に半径方向外側壁を連結し、前記端セグメントの少なくとも一つは、少なくとも部分的には半径によって定義される、請求項２に記載の装置。
6. 前記キャビティのそれぞれは、円周方向に延びる壁の半径方向内側面に対する半径方向の深さが、０．２ｍｍより大きいか等しく、３．５ｍｍより小さいか等しい、請求項２に記載の装置。
7. 前記キャビティの半径方向の深さは、０．５ｍｍより大きいか等しく、２．８ｍｍより小さいか等しい、請求項６に記載の装置。
8. 前記キャビティの方向深さは、０．８ｍｍより大きいか等しく、２．５ｍｍより小さいか等しい、請求項７に記載の装置。
9. 理論的円筒（ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）は、円周方向に延びる壁の半径方向内側面によって定義され、ここで、前記流れ変更構造体は、連続領域内から円周方向に延びる壁の半径方向内側面上に配置され、前記流れ変更構造体は、連続領域内の前記流れ変更構造体が連続領域内にある理論的円筒面の表面積の少なくとも５０％に配置されるように連続領域で大きさを設定して組み立てられる、請求項２に記載の装置。
10. 前記流れ変更構造体は、連続領域内の流れ変更構造体が連続領域内にある理論的円筒面の表面積の少なくとも７５％に配置されるように連続領域で大きさを設定して組み立てられる、請求項９に記載の装置。
11. 前記キャビティのそれぞれは、下記式で定義されるアスペクト比を有する、請求項２に記載の装置。
    ＡＲ＝Ｃ／Ｒ
    ここで、Ｃは円周方向に延びる壁の半径方向内側面で測定されたキャビティの最大円周長さであり、Ｒはディスクの回転軸と交差するラインに沿って取ったロータ部とキャビティの半径方向最外側面との間の半径方向距離であり、また、前記アスペクト比（ＡＲ）は、０．２より大きいか等しく、４．０より小さいか等しい。
12. 前記アスペクト比は、０．２５より大きいか等しく、２．７５より小さいか等しい、請求項１１に記載の装置。
13. 前記アスペクト比は、０．５より大きいか等しく、２．５より小さいか等しい、請求項１２に記載の装置。
14. 前記アスペクト比は、１．０より大きいか等しく、１．５より小さいか等しい、請求項１３に記載の装置。
15. 前記複数の流れ変更構造体は、円周方向に延びる壁上に配置される数量が少なくとも五つ（５）である、請求項１に記載の装置。
16. 前記複数の流れ変更構造体の少なくとも一部は、これらが円周方向に延びる壁の円周に対して均一に離隔されないように、円周方向にこれらが延びる壁上に配置される、請求項１に記載の装置。
17. 前記流れ変更構造体のいずれも、少なくとも７０度に跨って延びる円周方向壁のセクタ（ｓｅｃｔｏｒ）に配置されない、請求項１６に記載の装置。
18. 前記流れ変更構造体は、外側ハウジング組立体の第１環状壁内に形成された環状壁キャビティを含む、請求項１に記載の装置。
19. 前記第１同心流体溝は、それぞれ平坦な環状ルート面を定義し、前記環状壁キャビティのそれぞれは、平坦な環状ルート面の少なくとも一つと交差する、請求項１８に記載の装置。
20. 前記環状壁キャビティのそれぞれがキャビティ側壁、及び前記キャビティ側壁によって境界を有するキャビティ底面を有し、前記キャビティ底面の少なくとも一部は、平坦な環状ルート面の少なくとも一つに平行である、請求項１９に記載の装置。
21. 前記環状壁キャビティのそれぞれは、一対の対向円周端部を有し、前記円周端部の少なくとも一つは、前記円周端部が平坦な環状ルート面などの一つの関連する面と交差する位置で少なくとも部分的には半径によって定義される、請求項１９に記載の装置。
22. 前記環状壁キャビティのそれぞれは、０．２ｍｍより大きいか等しく、３．５ｍｍより大きいとか等しい平坦な環状ルート面などの一つの関連する面に対する深さを有する、請求項１９に記載の装置。
23. 前記環状壁キャビティの深さは、０．５ｍｍより大きいか等しく、２．８ｍｍより小さいか等しい、請求項２２に記載の装置。
24. 前記環状壁キャビティの深さは、０．８ｍｍより大きいか等しく、２．５ｍｍより小さいか等しい、請求項２３に記載の装置。
25. 前記環状壁キャビティのそれぞれは、キャビティ側壁を有し、ここで、前記キャビティ側壁の少なくとも一部分は、前記キャビティの側壁の一部分が平坦な環状ルート面などの一つの関連する面と交差する位置で平坦なルート面などの一つの関連する面に垂直である、請求項１９に記載の装置。
26. 前記第１環状壁上の流れ変更構造体は、一つ以上の領域内に配置され、ここで、前記領域のそれぞれは、平坦な環状ルート面などの一つの関連する面と一致し、平坦な環状形状または環状セグメント形状を有し、前記流れ変更構造体は、前記一つ以上の領域内の流れ変更構造体が前記一つ以上の領域の表面積の少なくとも５０％以上に配置されるように前記一つ以上の領域内に大きさを設定して組み立てられる、請求項１９に記載の装置。
27. 前記流れ変更構造体は、前記一つ以上の領域内の流れ変更構造体が前記一つ以上の領域の表面積の少なくとも７５％に配置されるように前記一つ以上の領域内に大きさを設定して組み立てられる、請求項２６に記載の装置。
28. 前記環状壁キャビティのそれぞれは、下記式で定義されるアスペクト比を有する、請求項１９に記載の装置。
    ＡＲ＝Ｃ／Ｒ
    ここで、Ｃは平坦な環状ルート面などの一つの関連する面で測定された環状壁キャビティの最大円周長さであり、Ｒは環状壁キャビティの一面と、外側ハウジングに対してディスクが回転する軸に平行に取った第１同心リブなどの一つの関連するリブの一面との間の半径方向距離であり、また、前記アスペクト比（ＡＲ）は、０．２より大きいか等しく、４．０より小さいか等しい。
29. 前記アスペクト比が０．２５より大きいか等しく、２．７５より小さいか等しい、請求項２８に記載の装置。
30. 前記アスペクト比が０．５より大きいか等しく、２．５より小さいか等しい、請求項２９に記載の装置。
31. 前記アスペクト比が１．０より大きいか等しく、１．５より小さいか等しい、請求項３０に記載の装置。
32. 前記複数の流れ変更構造体の少なくとも一部は、これらが第１環状壁の円周に対して均一に離隔されないように第１環状壁上に配置される、請求項１に記載の装置。
33. 前記流れ変更構造体のいずれも、少なくとも７０度に跨って延びる第１環状壁の部分に配置されない、請求項３２に記載の装置。
34. 更に、前記リザーバ、及び前記作動キャビティと流体連通するバルブを含む、請求項１に記載の装置。
35. 前記バルブは、一体に回転するためのディスクに結合される、請求項３４に記載の装置。
36. 前記作動流体がシリコーンを含む、請求項１に記載の装置。
37. 前記リザーバが少なくとも部分的にはディスクによって定義される、請求項１に記載の装置。
38. 外側ハウジング組立体、ディスク及びリザーバを備えた装置を提供する段階であって、前記外側ハウジング組立体は、作動キャビティを有し、前記ディスクは、外側ハウジング組立体内で回転可能であり、前記ディスクは、作動流体内に回転可能に収容されるロータ部を有し、前記作動流体は、前記リザーバと流体連通するものである段階；
    前記外側ハウジング組立体内にロータを回転させて作動キャビティを通って作動流体の流れを発生させ、作動キャビティを通って流れる作動流体に剪断力を印加する段階；及び
    第１環状面に隣接する作動流体の境界層に横断方向で外側ハウジング組立体上の複数の位置で作動流体の移動を誘導する段階を含む、方法。
39. 前記第１面は、外側ハウジング組立体の環状壁に形成される、請求項３８に記載の方法。
40. 前記第１面は、外側ハウジング組立体の円周方向に延びる壁に形成される、請求項３８に記載の方法。
41. 更に、前記作動流体が前記装置の作動中に作動キャビティを通過することによって、作動キャビティの第２面に隣接する第２領域で作動流体の層流に乱流を誘導する段階を含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記第２面が前記外側ハウジング組立体の環状壁に形成される、請求項４１に記載の方法。
43. 更に、前記外側ハウジング組立体上に複数の流れ変更構造体を形成することを含む、請求項３８に記載の方法。
44. 前記流れ変更構造体は、複数の同心流体溝を定義する外側ハウジング組立体の一部と一体に形成される、請求項４３に記載の方法。
45. 前記流れ変更構造体は、キャビティとして形成される、請求項４３に記載の方法。
46. 更に、外側ハウジング組立体の一部をキャスティングするとき、キャビティの少なくとも一部分が前記外側ハウジング組立体の一部分に形成されるように外側ハウジング組立体の少なくとも一部をキャスティングする段階を含む、請求項４５に記載の方法。
47. 更に、前記外側ハウジング組立体の一部分から材料を除去してキャビティの少なくとも一部分を形成する段階を含む、請求項４５に記載の方法。
48. 材料は、ミーリング、ドリリング、エッチング、ブローチング及び放電加工からなる群から選択された操作で、外側ハウジング組立体の一部分から除去される、請求項４７に記載の方法。
49. 更に、一つ以上の流れ変更構造体を形成するために、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）、エンボシング（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）、鍛造作業（ｆｏｒｇｉｎｇ）、 ファインブランキング（ｆｉｎｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ）及びローレット加工（ｋｎｕｒｌｉｎｇ）からなる郡から選択された操作で、外側ハウジング組立体の一部を形成する段階を含む、請求項３８に記載の方法。
50. 前記外側ハウジング組立体上の位置は、作動キャビティを通った作動流体の流れが１００未満のレイノルズ数を有する、請求項３８に記載の方法。