JP4332838B2

JP4332838B2 - 温度感応型流体式カップリング装置

Info

Publication number: JP4332838B2
Application number: JP2003029063A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井; 洋井上
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: JP2004003603A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に車両用内燃機関に適用される冷却フアンの作動を周囲の温度条件に応じて自動制御する機能を備えた温度感応型流体式カップリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の温度感応型流体式カップリング装置は、例えば本出願人による先願の実開平１−１０２５２６号公報に記載されており、その典型的構造では、先端に駆動ディスク（ホイール）を固着した回転駆動軸上に軸受を介して密封ケースが相対回転可能に支持され、密封ケース内部が仕切板によって油溜り室とトルク伝達室とに区画されている。外周に冷却フアンを取付けた密封ケースは、カバーと軸受を保持するボディとで組立てられている。そして密封ケースのカバー側外部に配置されたバイメタルから成る感温体が温度変化を受けて湾曲変形し、これに連動してピストン杆に当接する弁部材が仕切板に設けられた流出調整孔を開閉し、油溜り室からトルク伝達室へと油が流れ込むことによりトルクを伝達するようになっている。
感温体が検知する温度は一般にラジエータ通過後の空気の温度であり、例えば６０℃以下の低温ではバイメタルが略平坦になっていて弁部材が流出調整孔を閉鎖しカップリングがＯＦＦの状態にあり、６０℃以上の高温ではバイメタルが湾曲し弁部材が離れて流出調整孔を開放しカップリングがＯＮになるように設定されている。
【０００３】
かかる従来例において、弁部材は帯板状の平板部材から成り、その自由端が軸線方向に動いて仕切板に設けられた流出調整孔を開閉するようになっている。しかしながら、このような軸線方向の接触と離間とは必ずしも安定した動作とならず、流路が狭くなった瞬間に弁部材の吸い付き現象を起こしたり、逆に急激に隙間が拡大したりして、いわゆる「ハンチング（Ｈｕｎｔｉｎｇ）」現象を起こすことが知られていた。
そこで本発明者等は特開平４−５４３１７号（特許第２８８８９３１号）に記載したように、弁部材の自由端が装置の軸線方向と平行な壁面を摺動することによって流出調整孔を開閉する弁部材を提案した。しかしながら、かかる構造では弁部材の動作距離が小さくなって流出調整孔の開口面積が小さくなり、制御装置の感度が上がらない（感温特性が向上しない）という問題点があった。本発明はこの点を改良することを意図している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハンチング現象による回転の乱調を防止し確実に流出調整孔を開閉させると共に、温度変化に敏感で制御範囲を大きくとることが可能な温度感応型流体式カップリング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の前述した目的は、従来の温度感応型流体式カップリング装置と同様の基本構造を有しながら、ピストン杆が仕切板の表面と平行に運動するように配置され、揺動式の弁部材（板ばね）がその根元側付近で前記ピストン杆と接触し、かつその揺動側端部が自己のばね力に付勢されて流出調整孔を設けた仕切板の表面と接触を保つようになっており、感温体（バイメタル・サーモペレット）の温度変化による湾曲変形に連動してピストン杆が仕切板の表面と平行に移動し、これにより弁部材の揺動側端部が仕切板の表面に接触しながらその面と平行に移動して流出調整孔の開口面積を変化させ、油溜り室からトルク伝達室へと流入流出する油の量（流量）を制御するようになっている温度感応型流体式カップリング装置によって達成される。
【０００６】
【作用】
かかる構成に基づき、本発明によれば、揺動式の弁部材は従来のように装置の軸線方向に接触・離間を繰り返すのではなく、仕切板の表面に沿って摺動しながら流出調整孔を開閉するので、その開閉動作が安定し、ハンチングによる回転の乱調を起こすことがない。また、弁部材が根元側端部の支点を中心にして揺動するので、リンクの比率を大きくとることが可能になり、温度変化に敏感な制御が可能になる。
仕切板の表面に沿って摺動しながら流出調整孔を開閉するタイプとしては、渦巻状の感温体を用いた例、例えば特公昭５５−６１６号「感温作動流体継手」があるが、内燃機関の振動を受けて渦巻状の感温体全体が振動し、その動作が不安定になるため、耐久性に乏しいという問題があった。
【０００７】
かくして、本発明によれば、ハンチング現象による回転の乱調を起こさせることなく確実に流出調整孔を開閉させると共に、温度変化に敏感で制御範囲を大きくとることが可能な温度感応型流体式カップリング装置が実現される。
また、帯板状（短冊状）の感温体（バイメタル）を用いた場合は、従来のバイメタルがカバー表面と平行に配置されるためカバーからの輻射熱を受けて発熱し感度が低下するおそれがあったのに対し、本発明ではバイメタルがカバー表面に垂直に配置されるためカバーからの輻射熱を受けにくくなり感度が向上するという効果も得られる。
温度感応機構に関しては各種の変形例が可能である。以下、添付図面の実施例を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例による温度感応型流体式カップリング装置１０の非作動時（ＯＦＦ時）を断面で表わしており、図２は温度感応機構の動作を表し、図３は装置を正面から見た外形を表している。
このカップリング装置１０は、その先端に駆動ディスク２を固着した回転駆動軸１上に軸受３を介して相対回転可能に支持されたカバー４とボディ５とから成る密封ケース６と、この密封ケースの内部をトルク伝達室９と油溜り室８とに区画する仕切板７と、この仕切板の外周付近に設けられた流出調整孔１２を開閉する揺動式の弁部材１３と、密封ケース６のカバー側外部に配置された帯板状の感温体（バイメタル）２０と、この感温体に一端が当接され前記カバーに設けられた軸孔１６を貫通して他端が弁部材１３に連結されているピストン杆１１とを備えている。仕切板７の中央付近にはトルク伝達室９と油溜り室８との間で油を流入流出させる流通孔１５が設けられている。密封ケース６の前後面側には冷却用のフィン１８が設けられている。密封ケース６の外部には冷却用のファン１９が取り付けられる。
【０００９】
図２Ａ，Ｂに示すように、ピストン杆１１はカバー４に設けられた軸孔１６を貫通して延伸し、仕切板７の表面と平行に運動するように配置されている。弁部材１３はその根元側端部が連結部２４においてピストン杆１１と可動式（ピン挿入式）に連結され、かつその揺動側端部が自己のばね力に付勢されて流出調整孔１２の面と接触を保つようになっており、さらに弁部材１３の途中部分が、枢支点２６を介して、仕切板７に設けられた突起１４上で仕切板７の表面と平行に回動できるように支持されている。すなわち、突起１４上ではリベット頭部２６が揺動する弁部材１３の枢支点として作用するようになっている。
【００１０】
かくして、感温体２０の温度変化による湾曲変形に連動してピストン杆１１が仕切板７の表面と平行に運動し、これを受けて弁部材１３の揺動側端部が仕切板７の表面に接触しながらその面と平行に移動（摺動）して流出調整孔１２の開口面積を変化させ、このとき遠心力を受けて油溜り室８からトルク伝達室９へと流入流出する油の量を制御するようになっている。
最終的には、この油の粘性抵抗によって駆動ディスク２から密封ケース６の側へとトルクを伝達し、流体式カップリング装置１０の外周に取り付けられているフアン１９を回転させることになる。
【００１１】
図２Ａ〜Ｃは温度感応機構の動作を表しており、図２Ａは弁部材１３が流出調整孔１２を閉鎖してカップリングがＯＦＦの状態、図２Ｂは弁部材１３が流出調整孔１２を開放してカップリングがＯＮの状態、図２Ｃは図２Ａの状態を側面から見た図である。これらの図において、バイメタルから成る感温体２０の両端はカバー４に固着されたブラケット１７に可動に保持されている。感温体２０の中央にはピストン杆１１がリベットで固着され、ピストン杆１１はカバー４の軸孔１６を貫通して装置１０の内部へと延伸し、ピストン杆１１の内側端部には弁部材１３との連結部２４が設けられている。弁部材１３の根元側端部は連結部２４においてピストン杆１１と可動式に連結され、かつその揺動側端部が自己のばね力に付勢されて流出調整孔１２の面と接触を保つようになっている。さらに弁部材１３の途中部分が仕切板７に設けられた突起１４上にリベット２６で固定され、弁部材１３は仕切板７の表面と摺動しながら平行に回動できるように支持されている。
【００１２】
図２Ａでは感温体２０が感知する外気温、すなわちラジエータ通過後の空気の温度が例えば６０℃以下の低温であるため、感温体２０が略平坦になっていて弁部材１３が流出調整孔１２を閉鎖しカップリングがＯＦＦの状態にある。図２Ｂでは外気温が６０℃以上の高温であるため、感温体２０が湾曲し、弁部材１３が枢支点２６を中心にして矢印Ｒ方向に回動し、弁部材１３が移動して流出調整孔１２を開放しカップリングがＯＮの状態になっている。
【００１３】
図３は図１に示した温度感応型流体式カップリング装置１０を左側面から見た正面図であり、一部は省略されている。正面から見ると、カバー４の外部に多数の冷却用フィン１８が放射状に配置されている。ピストン杆１１はカバー４の中央付近に沿って左右に運動できるように配置されている。
【００１４】
図４は図１〜３の装置を変形した実施例による温度感応型流体式カップリング装置３０の正面図であり、一部は省略されている。この例では、弁部材３３の中央部分を延長し、感温体２０に連結されたピストン杆１１と弁部材３３との連結部２４の位置をカバー４の中心から距離Ｓだけオフセットさせ、弁部材３３をＲ方向に回動させて流出調整孔１２を開閉させるためのリンク比を大きくしている。これにより、流体式カップリング装置の感度を増幅させると共に、偏芯量を大きくしてバイメタルと空気との相対速度を高めて速い応答特性が得られるようにしている。
【００１５】
図５Ａ，Ｂは上述した実施例において両端で支持されていた感温体を片側だけで支持するようにした変形実施例を表している。この例では感温体４０がカバー４に固着されたブラケット４２で片持ち支持されている。図５Ａは感温体４０が平坦で弁部材１３がロケット形の流出調整孔４６を閉鎖して装置がＯＦＦになっている状態、図５Ｂは感温体４０が熱変形してピストン杆４１を軸線方向に移動させ、連結部４４を介して弁部材１３が枢支点２６を中心にしてＲ方向に回動し、ロケット形の流出調整孔４６を開放させて装置がＯＮになった状態を表している。
【００１６】
図６Ａ〜Ｄは、感温体と弁部材との連結部分に戻りばねを設けて弁部材が自由に振動するのを抑制した変形実施例を表している。図６Ａは一部を断面とした正面図、図６Ｂは図６Ａの線Ｂ−Ｂに沿う縦断面図、図６Ｃは図６Ａの線Ｃ−Ｃに沿う横断面図、図６Ｄは図６Ｃの線Ｄ−Ｄに沿う部分断面図である。
この例では、板ばね式の弁部材５３の根元側に揺動アーム５４を取り付け、揺動アーム５４がピストン杆１１に押されて後退するときに後方から支える戻りばね（リターンスプリング）５５を設けた点に特徴を有する。さらに、この例では、弁部材５３はカバー４に設けられた突起５８上で仕切板７の表面と平行に回動できるように支持されている。
【００１７】
従来はこのような戻りばねが設けられていなかったため、弁部材５３が振動を受けて前後にジャンプし、流出調整孔５６を開閉する際にハンチング現象（回転の乱調）を起こすおそれがあったが、この例では戻りばね５５の力で弁部材５３が保持されるため、そのような不具合を解消することが可能になる。
【００１８】
図７は、感温体としてバイメタルの代わりにサーモペレット（サーモワックス）６２を利用した実施例による温度感応型流体式カップリング装置６０の正面図であり、一部は省略されている。この例では、図４の例と同様に、感温体６２に連結されたピストン杆１１と弁部材３３との連結部２４の位置をカバー４の中心から距離Ｓだけオフセットさせ、弁部材３３をＲ方向に回動させて流出調整孔１２を開閉させるためのリンク比を大きくしている。これにより、流体式カップリング装置の感度を増幅させるようにしている。さらに、コンパクトなサーモペレットを利用することにより、その取り付け位置の自由度が高くなって板ばねよりも大きなストロークが得られることになり、流体式カップリング装置の感度がさらに増幅されるという利点がある。
【００１９】
図８Ａ，Ｂは本発明のさらに他の実施例による温度感応機構の動作を表しており、図８Ａは揺動式の弁部材７３が流出調整孔１２を閉鎖してカップリングがＯＦＦの状態、図８Ｂは弁部材７３が流出調整孔１２を開放してカップリングがＯＮの状態である。これらの図において、バイメタルから成る感温体２０の両端はカバー４に固着されたブラケット１７に可動に保持されている。感温体２０の中央にはピストン杆１１の一端が当接し、ピストン杆１１の他端はカバー４の軸孔１６を貫通して装置１０の内部へと延伸し、弁部材７３の根元側付近に固定された垂直板７０に当接している。すなわち、ピストン杆１１と弁部材７３との間に衝合部７４が設けられている。
【００２０】
図８ＡのＯＦＦ状態は、弁部材７３に連結された戻りばね７２と、仕切板７に固定されたストッパ７１とで保持されており、弁部材７３はその根元側付近で垂直板７０を介してばね力によりピストン杆１１に衝合し、弁部材７３の揺動側端部は自己のばね力に付勢されて流出調整孔１２の面と接触を保つようになっている。さらに弁部材７３の根元側端部は、枢支点２６を介して仕切板７に設けられた突起１４上で仕切板の表面と平行に回動できるように支持されている。
ラジエータ通過後の空気の温度が例えば６０℃以上の高温になると、図８Ｂに示すように感温体２０が湾曲し、ピストン杆１１が左に移動して弁部材７３が枢支点２６を中心にして矢印Ｒ方向に回動し、弁部材７３の揺動側端部が移動して流出調整孔１２を開放しカップリングがＯＮの状態になる。
この例では、感温体２０と弁部材７３の全体を収容するスペースが小さくて済むので、温度感応機構をコンパクトに設計できるという利点がある。加えて、枢支点２６からピストン杆１１の軸線中心までの距離Ｐを小さくすれば、弁部材７３を揺動させるためのリンク比を大きくすることができるので、流体式カップリング装置の感度を増幅させられるという利点もある。
【００２１】
図９Ａ，Ｂは図８Ａ，Ｂを変形した実施例による温度感応機構の動作を表しており、図９Ａは揺動式の弁部材７３が流出調整孔１２を閉鎖してカップリングがＯＦＦの状態、図９Ｂは弁部材７３が流出調整孔１２を開放してカップリングがＯＮの状態である。図８の例では感温体２０と弁部材７３とが概ね直角に配置されていたのを、図９の例では感温体２０と弁部材７３とを概ね平行に配置したものであり、垂直板７０，衝合部７４，戻りばね７２，ストッパ７１の動作は図８の例と同様である。この例では、感温体２０と弁部材７３の全体を収容するスペースがさらに小さくて済むという利点がある。
【００２２】
図１０は本発明のさらに他の実施例による温度感応型流体式カップリング装置８０の非作動時（ＯＦＦ時）を断面で表わしており、図１１は温度感応機構の動作を表している。このカップリング装置８０の基本的な構造は図１の例と同じであり、温度感応機構の部分だけが相違している。
温度感応機構として、図１の例と同様に、感温体２０が変形することにより、ピストン杆１１が仕切板７の表面と平行に運動するように配置されている。
弁部材８３は長方形の帯板を中央付近から９０度ねじった形状に作られ、その根元側端部が仕切板７に設けられた突起８４に固定され、根元側付近でばね力によりピストン杆１１に衝合している。弁部材８３の揺動側端部は、自己のばね力に付勢されて流出調整孔１２を設けた仕切板７の表面と接触を保ちながら揺動するようになっている。
【００２３】
図１１Ａ，Ｂは図１０の例における温度感応機構の動作を表しており、図１１Ａは揺動式の弁部材８３が流出調整孔１２を閉鎖してカップリングがＯＦＦの状態、図１１Ｂは弁部材８３が流出調整孔１２を開放してカップリングがＯＮの状態である。これらの図において、バイメタルから成る感温体２０の両端はカバー４に固着されたブラケット１７に可動に保持されている。感温体２０の中央にはピストン杆１１の一端が当接し、ピストン杆１１の他端はカバー４の軸孔１６を貫通して装置１０の内部へと延伸し、弁部材８３の根元側付近に直接当接している。
【００２４】
ラジエータ通過後の空気の温度が例えば６０℃以上の高温になると、図１１Ｂに示すように感温体２０が湾曲し、ピストン杆１１が上に移動して弁部材８３が自己のばね力によって上方へと湾曲する。これにより、揺動側端部が矢印Ｌ方向に回動し、弁部材８３の揺動側端部が移動して流出調整孔１２を開放しカップリングがＯＮの状態になる。
この例では、ピストン杆１１が直接弁部材８３に接触するので、連結機構が著しく簡略化されて温度感応機構を極めてコンパクトに設計できるという利点がある。加えて、弁部材８３の根元からピストン杆１１の軸線中心までの距離Ｐを小さくすれば、弁部材８３を揺動させるためのリンク比を大きくすることができるので、流体式カップリング装置の感度を増幅させられるという利点もある。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く、本発明の温度感応型流体式カップリング装置によれば、弁部材は従来のように装置の軸線方向に接触・離間を繰り返すのではなく、仕切板の表面に沿って摺動しながら流出調整孔を開閉するので、その開閉動作が安定し、ハンチングを起こすことがない。また、弁部材が根元側端部の支点を中心にして揺動するので、リンクの比率を大きくとることが可能になり、温度変化に敏感な制御が可能になる等、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による温度感応型流体式カップリング装置の縦断面図である。
【図２】弁部材の動作を表すために一部を破断した正面図と側面図である。
【図３】装置を左側面から見た装置の正面図であり、一部は省略されている。
【図４】図３の装置を変形した例の正面図であり、一部は省略されている。
【図５】感温体を片持ち支持した変形例を表す拡大概略図である。
【図６】連結部に戻りばねを設けた変形例を表す一部破断断面図である。
【図７】サーモペレットを利用した例の正面図であり、一部は省略されている。
【図８】他の実施例による弁部材の動作を表す一部破断正面図である。
【図９】他の実施例による弁部材の動作を表す一部破断した正面図である。
【図１０】さらに他の実施例による流体式カップリング装置の縦断面図である。
【図１１】図１０の実施例による弁部材の動作を表す一部破断正面図である。
【符号の説明】
１駆動軸
２駆動ディスク
３軸受
４カバー
５ボディ
６密封ケース
７仕切板
８油溜り室
９トルク伝達室
１０，３０，６０，８０流体式カップリング装置
１１ピストン杆
１２流出調整孔
１３，３３，５３，７３，８３弁部材
１４，５８，８４突起
１６軸孔
２０，６２感温体
２６枢支点

Claims

先端に駆動ディスク（２）を固着した回転駆動軸（１）上に相対回転可能に支持されたボディ（５）とカバー（４）とから成る密封ケース（６）と、この密封ケースの内部をトルク伝達室（９）と油溜り室（８）とに区画する仕切板（７）と、この仕切板に設けられた流出調整孔（１２）を開閉する弁部材（１３）と、前記密封ケースのカバー側外部に配置された感温体（２０）と、この感温体に一端が当接され前記カバーに設けられた軸孔（１６）を貫通して他端が前記弁部材に接続されているピストン杆（１１）とを備えた温度感応型流体式カップリング装置において、
前記ピストン杆（１１）が前記仕切板（７）の表面と平行に運動するように配置され、
前記弁部材（１３）はその根元側付近で前記ピストン杆（１１）と接触し、かつその揺動側端部が自己のばね力に付勢されて前記流出調整孔（１２）を設けた仕切板（７）の表面と接触を保ちながら揺動するようになっており、
前記感温体の温度変化による湾曲変形に連動して前記ピストン杆が前記仕切板の表面と平行に移動し、これにより前記弁部材の揺動側端部が前記仕切板の表面に接触しながらその面と平行に移動して前記流出調整孔の開口面積を変化させ、油溜り室からトルク伝達室へと流入流出する油の量を制御するようになっていることを特徴とする温度感応型流体式カップリング装置。
前記弁部材（１３，３３）はその根元側端部が前記ピストン杆と可動式に連結され、さらに前記弁部材の途中部分が前記仕切板に設けられた突起（１４）上に支持されている請求項１記載の流体式カップリング装置。
前記弁部材（５３，７３）はその根元側付近でばね力により前記ピストン杆（１１）に衝合しており、さらに前記弁部材の根元側端部が前記仕切板又は前記カバーに設けられた突起（１４，５８）上に支持されている請求項１記載の流体式カップリング装置。
前記弁部材（８３）は長方形の帯板を中央付近から９０度ねじった形状に作られ、その根元側付近でばね力により前記ピストン杆（１１）に衝合しており、さらに前記弁部材の根元側端部が前記仕切板に設けられた突起（８４）に固定されている請求項１記載の流体式カップリング装置。