JP3709530B2

JP3709530B2 - ファン・ファンドライブ組立体およびその組立方法

Info

Publication number: JP3709530B2
Application number: JP19117394A
Authority: JP
Inventors: ミールバッハギュンター
Original assignee: ボルグワーナーインコーポレイテッド
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: KR100253910B1; DE69401686D1; EP0635641A1; US5358382A; CN1106113A; CN1060254C; DE69401686T2; JPH07145797A; KR950003552A; EP0635641B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流体カップリング装置とファンとの組立体、特にファンを流体カップリング装置に取付けるための改良された構造およびそのような取付けを行うための改良された方法に関するものである。
【０００２】
以下の説明から、本発明の取付構造は、様々な形式のファンおよび様々な形式の流体カップリング装置に好都合に使用できることが当業者には明らかであろう。しかし、本発明は、車両エンジンを冷却するためのラジエータ冷却ファンを粘性ファンドライブに取付けるのに特に適しており、一例として、その場合について、以下に本発明を説明する。また、本発明は、ファンがハブ部分およびファンブレードをプラスチック材で一体成形した形式の場合に特に有効である。さらに、本発明は、流体カップリング装置の本体部材またはカバー部材がダイカスト部材、好ましくはダイカストアルミニウム部材である形式の場合に特に有効である。
【０００３】
【従来の技術】
流体カップリング装置（粘性ファンドライブ）は、当業者には公知であって、例えば本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第4,974,712 号に記載されており、その開示内容は、先行技術として本説明に含まれる。従来では、流体カップリング装置はファン組立体から分離して製造され、それらは、例えばエンジン組立工場で初めて組み付けられる。
【０００４】
粘性ファンドライブと共に使用される形式の典型的なファン組立体は、打ち抜かれた板金製の連結部材を有しており、ファンが射出成形で形成され、ファンのハブが、板金連結部材の一部の周囲に成形される。その後、ファン組立体を一連のボルトでファンドライブに取付ける。従って、ファン組立体をファンドライブにボルト付けしやすくするため、ファンドライブの鋳造成形された本体部材または鋳造成形されたカバー部材に一連の内ねじ付き穴を形成しなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来形のファンとファンドライブとの組立体および組付け方法の結果、ボルトのコストと共に、本体またはカバーに加える余分な機械加工（穴にねじを立てる）に伴ってかなりの費用が掛かり、またファンのファンドライブへのボルト付けに伴った人件費も生じる。さらに、本体またはカバーにねじ付きボルト穴を形成する工程で、本体またはカバーが破損する可能性もあり、これによってスクラップ率が高くなるため、不必要な費用が追加されることになる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、ボルト穴にねじを立てるコスト、およびボルトのコストをなくし、またファンをファンドライブにボルト付けするための人件費もなくすことができるファン・ファンドライブ組立体、およびその組付け方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的は、エンジンの冷却に使用され、環状ハブおよびそのハブと一体成形された複数のファンブレードを有する成形プラスチック材製のファンを備えた本発明のファン・ファンドライブ組立体によって達成される。この組立体はさらに、入力部材、出力組立体および入力部材の回転に応答してトルクを入力部材から出力組立体へ伝達可能な手段を設けたファンドライブを有している。出力組立体は、本体部材およびカバー部材を備え、それらの部材のうちの一方が、呼び外径を決定する鋳造成形部材で構成されている。
【０００８】
ファン・ファンドライブ組立体は、鋳造成形部材である本体部材またはカバー部材に、呼び外径より半径方向外側へ延出して、終端が半径方向外側の末端部分になっている少なくとも１つの一体成形された連結部分が設けられていることを特徴としている。ファンの環状ハブは、連結部分の末端部分に非回転状態に取付けられている。
【０００９】
本発明のさらなる特徴によれば、１つの実施例では、カバー部材が鋳造成形アルミニウム部材であり、連結部分がそれと一体に鋳造成形されている。別の実施例では、本体部材が鋳造成形アルミニウム部材であり、連結部分がそれと一体に鋳造成形されている。
【００１０】
本発明の別の特徴によれば、ファンの環状ハブと連結部分の末端部分との非回転状態の取付けは、ファンの環状ハブを成形する際に、連結部分をダイキャビティ内に配置することによって行なうことができる。
【００１１】
【作用】
このような構成としたことにより、ファンドライブの本体部材またはカバー部材に設けられた連結部分の末端部分の周囲にファンのハブが形成されてファンとファンドライブとが回転しないように組付けられる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
次に図面を参照しながら説明するが、それらは本発明を制限するものではない。図１は、本発明による好適な形式のファン・ファンドライブ組立体を示している。図１に示されているファン・ファンドライブ組立体11は、ファンドライブ13（流体カップリング装置または粘性ファンドライブとも呼ぶ）とファン15とを含む。一般的に、ファン15は、内燃機関を流れる冷却液を冷却するためのラジエータ冷却ファンとして使用される。
【００１４】
ファンドライブ13には、入力カップリング部材17（入力部材）と、出力カップリング組立体19（出力組立体）とが設けられている。出力カップリング組立体19には、ダイカストアルミニウム本体部材21と、ダイカストアルミニウムカバー部材23とが設けられており、これらの部材21および23は、公知のようにカバー部材23の外周部のロールオーバ加工によって接合されている。ほとんどの市販のファンドライブは少なくとも本体部材がアルミニウムダイカスト部材であり、多くの場合、カバー部材も同様の材質であるが、本発明では、本体部材およびカバー部材のいずれかまたは両方がアルミニウムダイカスト部材であるファンドライブに制限されることはないことを当業者であれば理解できるであろう。
【００１５】
ファンドライブ13にはさらに、入力カップリング部材17を取付けた入力軸25が設けられている。入力軸25は、一般的にフランジ27によって回転駆動され、このフランジ27は、エンジン冷却水ポンプクランク軸またはリモートの対応フランジにボルトで取付けることができる。この入力軸25は、本体部材21の内径部分に取付けられた軸受セット29の内レースの支持体として機能している。入力軸25の前端部（図１の左端部）では、セレーション部分31と入力カップリング部材17のハブ部分33によって形成された開口との間が締まりばめされている。その結果、入力軸25の回転によって、入力カップリング部材17が回転する。
【００１６】
本体部材21およびカバー部材23の協働によって流体室が形成されており、これは円形弁板35によって流体作動室37と流体リザーバ室39とに分割されている。このため、入力カップリング部材17は流体作動室37内に配置されていることがわかるであろう。
【００１７】
カバー部材23には、隆起した環状のリザーバ形成部分41が設けられており、これは、ファン・ファンドライブ組立体の回転軸線Ａとほぼ同心状に配置されている。カバー部材23にはさらに、ほぼ円筒形の軸支持部分43が形成されており、この部分43に弁軸45が回転可能にはめ込まれて、カバー部材23から外向きに（図１の左方向へ）延出している。弁軸45の内端部（図１の右端部）には弁アーム47が取付けられており、これについては、本発明の譲受人に譲渡されており、開示内容が先行技術として本説明に含まれる米国特許第3,055,473 号を参照すれば充分に理解されるであろう。好ましくは、弁アーム47は、やはり本発明の譲受人に譲渡されており、開示内容が先行技術として本説明に含まれる米国特許第4,974,712 号の教示に従って形成することができる。弁アーム47の動きによって、弁板35に形成された注入開口（図示せず）を通るリザーバ室39から作動室37への流体の流れが制御される。
【００１８】
弁軸45の外端部に温度応答形バイメタル部材が作動連結されており、これは、内側端部分で弁軸45に係合しているコイル部材51を含んでいる。バイメタルコイル51が所定の周囲温度状態での変化に応じて弁アーム47の移動を制御する作動方法は公知であり、本質的特徴を構成していないため、これ以上の説明を省略する。
【００１９】
図１には示されていないが、上記米国特許第4,974,712 号に記載されているように、カバー部材には、作動室37に連通した軸方向通路と、その軸方向通路から流体リザーバ室39に連通したほぼ半径方向の通路とが設けられている。作動室内の相対回転流体と係合して、比較的高い流体圧の局部領域を発生することができるポンプ（ワイパー）要素が、軸方向通路に隣接配置されている。このため、当業者には公知のように、常に少量の流体が作動室からリザーバ室内へ押し戻されている。
【００２０】
本実施例では、発明の本質的特徴ではないが、入力カップリング部材17の前表面に複数の環状ランド53が形成されている。カバー部材23の隣接表面に複数の環状ランド55が形成されており、これらのランド53および55が噛み合って、その間に蛇行形のせん断空間を形成している。上記特許から、当業者であれば、図１に示されている流体カップリング装置の構造および作動、並びに、内部の粘性流体の様々な流路を充分に理解できるであろう。
【００２１】
簡単に説明すると、トルクが車両エンジンから入力軸25によって入力カップリング部材17へ伝達されると、環状ランド53および55間に形成されたせん断空間に含まれている粘性流体がせん断される。その結果、熱が発生し、これを散逸させる必要があるため、カバー部材23の前表面に複数の冷却フィン57が、特に粘性せん断室内に発生した熱を散逸できる構造に設けられている。
【００２２】
ファン15は、環状ハブ61と複数のファンブレード63とを有しており、好ましくはファンブレード63はハブ61と一体に成形される。さらに、本実施例では、ハブ61およびファンブレード63を含むファン15全体が、当業者には公知の形式の単一形一体成形プラスチックファンである。そのようなファンが広く商業的に使用されていることから、当業者であれば、特定の成形プラスチック材の選択、特定のファン構造の選択、およびファン 15を形成する適当な型の設計および射出成形工程の決定が可能であると考えられる。当業者であれば、以下に特記するものを除いて、ファンの特定の形状、材料および成形工程は本発明の本質的要素ではないことが理解できるであろう。
【００２３】
図１と組み合わせて図２を参照しながら説明すると、ダイカストアルミニウムカバー部材23には、環状で半径方向に延出した連結部分65が設けられている。図１にわかりやすく示されているように、ファンドライブ13は、呼び外径Ｄを有している（図面では半径の寸法がＤ／２として示されていることに注意されたい）。従って、ここで連結部分65に関して使用される「半径方向に延出した」とは、部分65がファンドライブ13の呼び外径Ｄよりも半径方向に延出していることを意味している。
【００２４】
本実施例では、連結部分65はほぼＴ字形の断面を有しているため、連結部分65には、前方へ延出した末端部分67（タブ部材）と後方へ延出した末端部分69（タブ部材）とが設けられている。連結部分65には、複数の円形開口71と複数の円形開口73とが設けられている。開口71の機能についてはさらに後述するが、開口73は、主に空気が連結部分65を軸方向に流れることができるようにするためのものである。そのような空気の流れによって、ファンドライブ13からの熱の散逸が容易になる。
【００２５】
次に、図３を参照しながら、本発明の１つの特徴であるファンドライブ13とファン15との組付け方法について説明する。図３は、ファン15を射出成形する段階を概略的に示しているが、図３は成形が行われる前の時点を示しているので、ファン15を形成するプラスチック材が図３にはまだ示されていない。図３は、成形ダイＭの軸方向部分断面図を示しており、これには溶融した成形プラスチック材を射出するためのスプルーＳが形成されている。成形ダイＭには環状のハブキャビティＨが設けられており、これはファン15の環状ハブ61の形状に一致している。成形ダイＭにはまた、複数のブレードキャビティＢも設けられており、その各々はハブキャビティＨに開放しており、ファンブレード63の形状に一致している。
【００２６】
図３において、ファン15を成形する方法は、ダイカストアルミニウムカバー部材23の連結部分 65を成形ダイＭの上下半割体の間にはめ込む段階から開始される。図３に示されているように、上下ダイ半割体がカバー部材23を取り囲む位置にあるとき、成形ダイＭは、連結部分 65 の末端部分 67,69 がインサートされた環状の閉鎖ハブキャビティＨを形成する。次に、溶融プラスチック材をスプルー開口Ｓから射出して、ハブキャビティＨおよびすべてのブレードキャビティＢに充填する。この成形段階が実施されると、溶融プラスチック材が円形開口71のすべてを満たし、その開口71内のプラスチック材は環状ハブ61の他の部分と一体化する。このため、カバー23のいずれの回転方向についても、開口71の（回転軸線Ａに平行な）表面の一部が駆動表面を構成する。これらの駆動表面は、カバー部材23からファン15へのトルクの伝達を助ける。
【００２７】
図１ないし図３に示されているように、連結部分65の形状は、出力カップリング組立体19およびファン15が、エンジン速度に応じて、300 〜10000rpmの速度で回転する時に相当な遠心力を受ける環状ハブ61を、前後に延出した末端部分67および69が支持するようにした点で、効果的であると考えられる。
【００２８】
図１ないし図３からわかるように、連結部分65の末端部分67および69の周囲にファン15を成形することによって、ファンとファンドライブとが組付けられるため、製造コストを省くことができる。ファン15の成形に係わって唯一追加されるコストは、成形ダイＭ内にカバー部材23を挿入する段階である。しかし、その後に本体部材21またはカバー部材23にねじ穴を設ける必要がなく、ねじ付きスタッドまたはボルトのコストがなくなり、またファン15をファンドライブ13にボルトで締め付ける人件費もなくなる。
【００２９】
図１と共に図４および図５を参照しながら説明すると、図４および図５は本発明の変更実施例を示しており、同一部材には対応番号に「100 」を加えた番号を付けて示し、新しい部材には「101 」から始まる番号を付けて示す。
【００３０】
図４および５の実施例では、本体部材121 は、一体的に形成された連結部分165 を含んでいる。図１および２図の実施例と同様にして、連結部分165 はほぼ環状の連続部分である。連結部分165 には、第１実施例で説明したように、成形工程中に溶融プラスチック材が充填される円形開口171 が設けられている。同様に、連結部分165 複数の円形開口173 が設けられており、それは前述のように冷却空気の流れを容易にするものである。
【００３１】
連結部分165 の外周部付近に複数のノッチ101 （リセス）が設けられて、それぞれ隣接した２つのノッチ101 間に突起すなわち末端部分102 が形成されるようになっており、各ノッチ101 は、一対の半径方向に延出した駆動表面103 を含み、この駆動表面103 によって本体部材121 からファン15へのトルク伝達がさらに促進される。
【００３２】
次に図１と共に図６および図７を参照しながら説明すると、さらなる変更実施例が示されており、同一部材には対応番号に「200 」を加えた番号を付けて示し、新しい部材には「201 」から始まる番号を付けて示す。
【００３３】
図６に示されているように、ダイカストアルミニウムカバー部材223 は、複数の分離された個別の連結部分201 が一体的に形成されて、その間に複数の開口203 が配置されている。連結部分201 各々には、前方に延出した末端部分267 と、後方に延出した末端部分269 とが設けられており、末端部分267 および269 の軸方向表面が駆動表面204 を形成している。駆動表面204 は、開口71または171 によって形成される駆動表面とほとんど同じ様に、また駆動表面103 と同じ様に機能する。
【００３４】
図１ないし図７に示されている実施例から、（１）連結部分はカバー部材または本体部材と一体成形される、（２）連結部分は、単一形の環状部分または分離した複数部分を備える、（３）連結部分は、半径方向に延出しただけの部分であるか、または前方または後方に延出した、あるいはその両方に延出した末端部分を含むことがわかる。
【００３５】
さらに、図示の様々な変更例および上に挙げたものについて、本説明の組合せ以外の組合わせ方をすることもできることは、当業者には理解されるであろう。しかし、連結部分および末端部分がいずれの特定形状である場合も、連結部分の形状には無関係に、一般的にファンをどのような所望形状にすることもできる。
【００３６】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、明細書を読んで理解すれば、当業者であれば様々な変更および修正を加えることができるであろう。これらの変更および修正は、請求項の範囲内であれば、本説明に含まれる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ファンドライブの本体部材またはカバー部材に設けられた連結部分の末端部分の周囲にファンのハブが形成されてファンとファンドライブとが回転しないように組付けられる。その結果、連結部分に形成される駆動表面によってファンドライブからファンへ確実にトルクを伝達することができる。また、ファンドライブの本体部材またはカバー部材にねじ穴を設ける必要がなく、ねじ付きスタッドまたはボルトのコストがなくなり、またファンをファンドライブにボルトで締め付ける人件費をなくすことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるファン・ファンドライブ組立体の上半分の軸方向断面図である。
【図２】図１のファン・ファンドライブ組立体の部分前面図である。
【図３】本発明の組付け方法を説明する、幾分概略的な部分軸方向断面図である。
【図４】本発明の変更実施例の本体部材の上半分の軸方向断面図である。
【図５】図４に示されている本体部材の部分前面図である。
【図６】本発明の別の変更実施例のカバー部材の上半分の部分軸方向断面図である。
【図７】図６に示されているカバー部材の部分前面図である。
【符号の説明】
11 ファン・ファンドライブ組立体
13 ファンドライブ
15 ファン
19,121 本体部材
23,223 カバー部材
61 ハブ
65,165,201 連結部分
71,171,103,203 開口
Ａ回転軸線
Ｂブレードキャビティ
Ｄ呼び外径
Ｈハブキャビティ
Ｍ成形ダイ

Claims

環状のハブ(61)と、該ハブと一体成形された複数のファンブレード(63)とを含む成形プラスチック材製のファン(15)と、
入力部材(17)と、本体部材(19;121)およびカバー部材(23;223)を備え、その一方が呼び外径(D)を決定する鋳造成形部材からなる出力組立体(19)と、前記入力部材の回転に応答してトルクを前記入力部材(17)から前記出力組立体(19)へ伝達する手段と、を含むファンドライブ(13)と、
を備えてなるエンジンの冷却に使用するためのファン・ファンドライブ組立体(11)であって、
（ａ）前記本体部材(21;121)およびカバー部材(23;223)のうちの一方は、前記呼び外径(D)より半径方向外向きに延出して終端が半径方向外側の末端部分(67,69;102;267,269)となる少なくとも１つの一体成形された連結部分(65;165;201)を含み、
（ｂ）前記ファン(15)の前記環状ハブ(61)は、前記連結部分 (65) の前記末端部分がインサートされて一体に成形されて、前記連結部分に回転しないように取付けられていることを特徴とするファン・ファンドライブ組立体。
前記カバー部材(23;223)は、前記連結部分(65;201)を一体成形した鋳造成形アルミニウム部材を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記本体部材(121)は、前記連結部分(165)を一体成形した鋳造成形アルミニウム部材を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記ファン(15)の前記環状ハブ(61)と、前記末端部分(67,69;102;267,269)とは、前記環状ハブ(61)を成形する際に、前記連結部分(65;165;201)をダイキャビティ(H)内に配置することによって、回転しないように取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記連結部分(65;165;201)および末端部分(67,69;102;267,269)のうちの一方は、当該ファン・ファンドライブ組立体の回転軸線(A)にほぼ平行方向の複数の駆動表面(71;171;103;204)を有しており、前記環状ハブ(61)を構成している前記成形プラスチック材の一体部分が、前記駆動表面の各々に隣接配置されて、それと駆動係合していることを特徴とする請求項４に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記連結部分(65;165;201)および前記末端部分(67,69;102;267,269)のうちの一方に、複数の開口(71;171;103;203)が軸方向に貫設されて前記複数の駆動表面を形成していることを特徴とする請求項５に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記連結部分(165) の前記末端部分に、複数の突起(102) が設けられ、円周方向にそれぞれ隣接した２つの突起間にリセス(101)が形成されており、前記突起(102)の各々が前記駆動表面(103)の１つを形成していることを特徴とする請求項５に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記末端部分は、軸方向に延在した少なくとも１つのタブ部材(67,69;267,269)を有しており、該タブ部材は、前記環状ハブ(61)の軸方向延出部分内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記本体部材(21)および前記カバー部材(23)のうちの前記連結部分(65;165;201)を含む一方は、さらに、前記連結部分に貫設された複数の開口(73;173;203)を有しており、該開口は、半径方向において前記ファンドライブ(13)と前記ファン(15)の前記環状ハブ(61)との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のファン・ファンドライブ組立体。
前記ファン(15)の前記環状ハブ(61)と、前記末端部分(67、69;102;267、269)とは、実質的に、前記ファンドライブ(13)と前記ファン(15)との間の結合のみによって回転しないように取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のファン・ファンドライブ組立体。
環状のハブ(61)と、該ハブと一体成形された複数のファンブレード(63)とを含む成形プラスチック材製のファン(15)と、
入力部材(17)と、本体部材(19;121)およびカバー部材(23;223)を備え、その一方が呼び外径(D)を決定する鋳造成形部材からなる出力組立体(19)と、前記入力部材の回転に応答してトルクを前記入力部材(17)から前記出力組立体(19)へ伝達する手段と、を含むファンドライブ(13)と、
を組付ける方法であって、
（ａ）前記本体部材(21;121)およびカバー部材(23;223)のうちの一方に、前記呼び外径(D) より半径方向外向きに延出して終端が半径方向外側の末端部分(67,69;102;267,269)となる少なくとも１つの連結部分(65;165;201)を一体形成し、
（ｂ）環状ハブキャビティ(H)と、該ハブキャビティに開放連通している複数のブレードキャビティ(B)とを含み、前記ファン(15)を成形するための成形ダイ(M)を設け、
（ｃ）前記本体部材(19;121)および前記カバー部材(23;223)のうちの前記連結部分を有する一方を、該連結部分(65;165;201)の前記末端部分(67,69;102;267,269)が前記ハブキャビティ(H)内に配置されるように、前記成形ダイ(M)に装入し、
（ｄ）前記成形プラスチック材を前記ハブキャビティ(H)および前記ブレードキャビティ(B)内に射出して、前記ハブ(61)を前記連結部分の前記末端部分の周囲に形成して、それに固定結合させるようにしたことを特徴とするファン・ファンドライブ組立方法。