JP4476715B2 - クラッチ軸にて油を循環させる磁力弁を作動させる粘性クラッチ用のアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段特徴部分によるクラッチ軸にて油を循環させる電磁弁を作動させる粘性クラッチ用のアクチュエータ、及びかかるアクチュエータを有する粘性クラッチに関する。

粘性クラッチにおいて、回転動力源のトルクは、せん断領域を包み込み、僅かな距離を隔てられ且つ、互いに実質的に平行である円板を介して、回転動力源から駆動すべき要素まで伝達され、例えば、回転する円板の間でせん断領域内に導入されるせん断流体の量が、例えば、１０％の小さい限界値と実質的に全量との間でトルクの伝達量を制御する。

例えば、シリコーン油のような、せん断領域内に導入されるせん断流体の量の制御は、アクチュエータによって開き且つ閉じることのできる弁によって行われる。
欧州特許出願第１ ２４８ ００７号には、クラッチ軸の外側で且つ、クラッチ軸の周りに配置される、かかるアクチュエータが記載されている。かかる設計は、いくらかの利点を有するが、依然として、更に最適化することができる。

アクチュエータは、静止して、クラッチ軸は回転しなければならないから、ドイツ国特許出願によれば、その内径が軸の外径に相応するような相応する寸法としたボール軸受を使用する必要がある。このため、各寸法の軸に対し、適宜なボール軸受を使用し、また、かかるボール軸受を在庫しておく必要がある。

更に、ドイツ国特許出願による解決策は、特定量の絶縁材料を必要とし、このため、絶縁材料を節約するのみならず、絶縁材料無しで完全に制御する解決策が求められている。
極めて一般的に、クラッチの複雑さを軽減することもまた図られている。

このため、本発明の１つの目的は、使用される個々の部品の寸法が実質的に縮小し、粘性クラッチ全体の寸法を縮小させることを許容する、例えば、粘性クラッチ用のせん断流体を循環させるためのアクチュエータを提供することである。

この目的は、本発明に従い、請求項１の特徴部分の特徴によって実現される。
更なる特徴及び有利な効果は、従属請求項から明らかである。

本発明は、例えば、粘性クラッチの油処理量を制御する弁を作動させるアクチュエータであって、例えば、クラッチ軸のような粘性クラッチの回転部分と作用可能に協働し、クラッチ軸又は同様のものの上にて、クラッチ軸又は同様のものに対しアクチュエータが回転することを許容する軸受によって取り付けられる一次アクチュエータを有するアクチュエータにおいて、クラッチ軸又は同様のものが中空の円筒状領域を有し、一次アクチュエータがこの中空の円筒状領域内に配置され、アクチュエータ及びクラッチ軸又は同様のものが一次アクチュエータの制御作用を中空の円筒状領域の内側から外側へ伝達する手段を有することを特徴とするアクチュエータに関する。

一次アクチュエータをクラッチ軸の内側に配置することは、該一次アクチュエータがクラッチ軸の周りに配置される場合よりもアクチュエータを著しく小さく設計することを可能にする。また、クラッチ軸の内側ボアは、その外径に対応して一定に保つことができるから、標準的なサイズのアクチュエータを使用することも可能である。コイル軸とクラッチ軸との間に相対的に位置決めされるボール軸受又はころ軸受は、ボール軸受がクラッチ軸の外側に配置される、ドイツ国特許出願のボール軸受の場合よりも遥かに小さく形成することができる。

１つの実施の形態によれば、一次アクチュエータは、ソレノイドコイルを備えている。このソレノイドコイルにより、磁界を発生させ、この磁界の助けにより機械的構成要素を異なる位置に動かすことができる。これらの異なる位置は、弁に伝達することができ、これにより該弁を開き且つ閉じた状態の間で制御することが可能である。

本発明によるアクチュエータを粘性クラッチ内で使用することにより、アクチュエータにより制御される弁をシリコーン油のようなせん断流体の流量を制御するために使用することができる。

本発明の１つの実施の形態によれば、この可動の構成要素は、スリーブとすることができるが、該スリーブは、クラッチ軸に近接して、クラッチ軸の外側にて摺動することを許容するようにクラッチ軸に取り付けられる。上記スリーブは、一次アクチュエータによって、相応するストッパにより画成された２つの端部位置の間で動かすことができる。

この目的のため、クラッチ軸及び可動スリーブの領域がソレノイドコイルの磁気ループの一部分であるならば、有益である。
本発明の１つの実施の形態によれば、ソレノイドコイルは、静止コイル軸に取り付けることができる。コイル軸の外側輪郭部は、ボール軸受の内側輪郭部を支承し、該ボール軸受は、それ自体の外側輪郭部により中空の円筒状クラッチ軸の内面に当接し、これにより、コイル軸とクラッチ軸との間のその相対的な回転を許容する。

この実施の形態において、クラッチ軸の中空の円筒状領域の壁は、強磁性材料の中空円筒状の主軸と、強磁性材料のカップ状軸の前側部分と、主部分と軸の前側部分との間で軸方向に配置された非磁性の中間部分とから成る。その結果、その軸方向長さの多少なりとも中間に非磁性部分を有する強磁性材料の中空の円筒体となり、上記スリーブは、該スリーブが非磁性部分を越えて伸び、また、１つの端部位置にて、該スリーブが２つの強磁性部分の１つと顕著に重なり合い、また、２つの強磁性部分の他方と殆んど又は全く重なり合わず、他端位置において、該スリーブは、クラッチ軸の強磁性部分の双方と実質的に等しく重なり合うような仕方にてこの中空の円筒体の外側に配置されている。

主軸、中間部分及び軸の前側部分は、互いにねじ止めし又は溶接することができる。
本発明の別の実施の形態によれば、アクチュエータは、可動の構成要素がそのスリーブ状の領域と共にクラッチ軸の円筒状部分を包み込むカップ状の軸前側部分から形成されるような仕方にて設計することができる。

クラッチ軸のカップ状の前側部分は、いわゆる入れ子式にクラッチ軸上で動かすことができ、この変位は、例えば、粘性クラッチの油流動弁動きを制御するものとして利用することができる。

上述した本発明の２つの実施の形態において、可動の構成要素すなわちスリーブは、その２つの端部位置の１つにてばねにより予め張力が加えられ得る。
本発明は、特許請求項の何れかに記載のアクチュエータを有する粘性クラッチに更に関する。

発明の実施の形態

次に、図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
図１には、粘性クラッチの下側ユニットが示してある。粘性クラッチの入力軸１は、ボール軸受又はころ軸受１４によって図示しないクラッチハウジング内に取り付けられ、また、クラッチハウジング内で自由に回転することができる（該入力軸が該入力軸に回転可能に接続された図示しないクラッチ円板によって回転されるならば）。

図３に示すように、軸１は、その半径方向外側領域内にラビリンス形態部を有する主円板４２に相対回転不能に接続され、該形態部は、対向する同様の形態部と共に、粘性クラッチのいわゆるせん断領域を形成し、該せん断領域内にせん断流体が導入されて、回転を被駆動の主円板からクラッチ円板４５（図３において、これは、クラッチカバーである）まで伝達し、せん断流体の量は、被駆動主円板の速度と該円板に沿って支承された被駆動クラッチ円板の速度との比を決定する。この比は、例えば、１０％のような予め選択可能な最小値と実質的に１００％との間にて変化させることができ、この変化は、クラッチ円板と主円板との間に導入される油の量によって制御可能である。

クラッチ軸１は、主軸１ａと、中間部分２と、前側部分３とを有している。主軸１ａ及び前側部分３は、強磁性材料にて製造される一方、中間部分２は、非磁性である。この理由については、以下に更に説明する。

クラッチ軸の外側には、スリーブ４が配置されており、該スリーブ４は、クラッチ軸上をストッパ６と強磁性リング５との間で軸方向に変位可能である。中空の円筒状クラッチ軸の内側には、コイル軸８が配置されており、該コイル軸８は、ほぼその軸方向中間に、半径方向に拡大した領域８ａを有しており、該領域８ａの外径は、中空の円筒状クラッチ軸の内径よりも僅かに小さく、このため、その位置に保たれ且つ図示しない手段により回転が阻止されるコイル軸はクラッチ軸が回転するのを許容する。この回転が実質的に摩擦無しで行われるのを可能にするため、その内側輪郭部がコイル軸の外面に当接し、その外側輪郭部が中空の円筒状クラッチ軸の内面に当接するボール軸受１３又は同様のものが半径方向に拡張した領域８ａに隣接する位置に設けられている。

コイル軸を取り巻くコイル７は、ボール軸受１３と反対側のコイル軸８の半径方向拡大部分８ａの側部に配置されている。コイル軸は、コイルの側部にてコイルよりも僅かに長く、また、同様の静止磁束リング９を支承し、このため、コイル７は、断面で見たとき、特に、半径方向内側から開始して且つ反時計回り方向（図１で見て）に進んで、コイル軸８、コイル軸８の半径方向伸長領域８ａ、クラッチ軸１の中間部分２及び磁束リング９によって完全に包囲されている。

これら部分の全ては、中間部分２を除いて、強磁性であり、中間部分２のみが非磁性である。このため、コイルを励起させると、磁界が発生され、該磁界は、コイル軸８から開始して、一方にて、コイル軸の半径方向拡大領域８ａを介して主軸１ａ及びリング５に入り、他方にて、磁束リング９を介してクラッチ軸の前側部分３内に入る。このことは、リング５と、スリーブとの間に軸方向磁気ギャップを生じさせ、磁界により発生された力は、スリーブをリング５の方向に動かそうとする。

例えば、ら旋ばねの形態を有し、図示した位置にてスリーブに予め張力を加える戻し手段（図示せず）が設けられ、次に、上記スリーブは、コイル７の巻線を通じて特定の強さの電流を印加したとき、この位置から戻し装置の力に抗してリング５に隣接するその他の位置に動くことができる。

ボルト１０は、該ボルトがコイル７をコイル軸８の半径方向拡大領域８ａと磁束リング９との間で軸方向に締結するような仕方にて中空のコイル軸内にねじ込まれる。磁束リング９の周方向面とクラッチ軸の前側部分３の内面との間にて磁束リング９の外周に沿って一定の正確な公差を保証するため、図示するように、第二のボール軸受１５を使用することができる。あるゆる振動を防止するため、図示するように、磁束リング９とコイル７との間にベルビルリング１１を挿入することができる。

図１の上記の説明は、クラッチ軸１が、電流を印加することにより軸方向に変位可能であるスリーブ４を支承する状態を示す。この軸方向への変位は、図示しない仕方にて弁を制御するために使用することができ、該弁の助けによって、上述した主円板と結合円板との間のトルクの伝達程度を制御し得るようにこれら２つの円板の間のせん断流体の量を調節することができる。

図２には、図１と比較して横方向に反転した状態にある本発明の別の実施の形態が図示されている。中空の円筒状クラッチ軸２１は、例えば、粘性クラッチの図示しないハウジング内に２つのボール軸受１０ａによって取り付けられる。図１と相違して、クラッチ軸２１は、２つの部分、すなわち主軸２１ａ及び前側部分２１ｂのみから成っている。

クラッチ軸の双方の部分は、強磁性材料で製造され、前側部分２１ｂはカップ状の設計を有し、その円筒状部分２２は、主軸２１ａに入れ子式に取り付けられ且つ該主軸の上で軸方向に動くことができる。

第一の実施の形態と同様に、クラッチ軸は中空であり且つ２つのボール軸受２９によりクラッチ軸に対して回転可能にクラッチ軸内に取り付けられたコイル軸２５を保持する。
コイル軸は、ベルビルばね２７によりその所要位置にしっかりと保持されたコイル２４を支承しており、該コイルは、更に以下に説明する磁気ループを発生させることができる。

クラッチ軸の前側部分２１ｂ、すなわち第一の実施の形態に基づいて、スリーブ２２は、主軸２１を最も長くする一端の位置にてら旋ばね３１により締結され、これにより、前側部分２１ｂは、図示しないストッパによって軸から脱落するのが防止される。

実施の形態１の場合と相違して、スリーブ２２及びリング２３の双方が強磁性軸２１ａ上にあるから、磁気ギャップは、スリーブ２２とリング２３との間で軸方向に形成されるのではなく、コイル軸を環状に包み込む磁極片２６と環状円錐体の形態をした中央スリーブ２２ｂとの間に形成される。該中央スリーブ２２ｂは、前側部分２１ｂの基部分２２ａと共に単一片から成形され、又は該基部分に少なくとも溶接され且つ静止磁極片に向けて軸方向に伸びている。

このように、コイル２４の磁気ループは、コイル軸２５から開始して伸びて、コイル軸２５の半径方向拡大領域２５ａ、クラッチ軸、スリーブ２２、基部分２２ａ、環状円錐体の形態をした中央スリーブ２２ｂ、静止磁極片２６を通って時計回り方向に連続し、また、コイル軸に戻る。

静止磁極片２６と中央スリーブ２２ｂとの間に磁気ギャップが形成され、中央スリーブ２２ｂの薄い縁部は、ギャップが最大程度開いたとき、静止磁極片から極く僅かな半径方向距離だけ（例えば、０．３ｍｍ）離れ、また、電流を印加したとき、ばね３１の力に抗して前側部分２１ｂをある方向に吸引する力が生じ、この力は、中央スリーブが静止磁極片まで入れ子式に押されたとき、中央スリーブの円錐形の形状のため、ギャップの磁気断面を増大させる。更に、前側部分２１ｂの基部分２２ａは、静止磁極片２６によって吸引される。

この場合、第一の実施の形態にてスリーブ４が動く場合と同様に、スリーブ２２又は前側部分２１ｂの動きを使用して、弁を制御し、粘性クラッチのせん断液体の処理量を制御することができる。

説明した本発明の双方の実施の形態に共通することは、コイル７、２４を電気ケーブルによって作動させることが可能な点であり、該電気ケーブルは、図示しない仕方にてコイルからコイル軸の中心穴内に直接導かれ且つ上記コイル軸の軸方向に伸び、箇所１２（図１）又は箇所２８（図２）にてコイル軸の端部でコイル軸から外に出るようにされ、従って取り付け及び取り扱いが極めて容易である。コイル軸８、２５は、回転が阻止され、図示しない手段によってその所要位置に固定されている。

図３には、トラックの冷却ファンを制御する粘性クラッチにおける本発明のアクチュエータが図示されている。この場合、アクチュエータは、図２のものと同一であり、参照番号２１から３１は図２の参照番号と同一である。

クラッチ軸２１は、ボール軸受又はころ軸受１０ａを介して粘性クラッチのハウジング４１に回転可能に接続される。更に、クラッチ軸２１は、ロータとも称される主円板４２にしっかりと接続される。両側部によるその半径方向外側領域において、ロータ４２は、ラビリンス状形態部を有しており、該ラビリンス状形態部は、一方にてクラッチカバー４５及びハウジング４１の相応する同様のラビリンス状形態部と係り合い、又は接近するが、接触しない。例えば、粘性シリコーン油のようなせん断流体をこのラビリンス領域内に導入することにより、ロータ４２の回転は一側部にてクラッチカバー４５に、及び反対側部にてハウジング４１に同時に伝達され、この油の量は、回転の伝達効率にとって重要である。車の放熱器用のファンが、回転するハウジング４１に図示しない仕方にて取り付けられる。

図２に相応するように、図３には、クラッチ軸２１の前側部分２１ｂが図示されており、本発明によるアクチュエータによって軸方向に変位可能なそのスリーブ２２は、弁アーム４３の一端に接続され、この弁アームは、その他端に延長部（５３）を有し、該延長部の助けにより、弁アームが動いたとき、油出口穴５２はより大きく又はより少ない程度開いて、これによりせん断領域内の油の量に影響を与えることができる。

図３の粘性クラッチは、主円板４２をクラッチ軸２１によって駆動するストッパ５１と、前側部分２１ｂ、従って弁レバー４３に対する停止スリーブ４０と、油リザーバ用のカバーとを更に有しており、これらの機能は、自明であり、本明細書にてより詳細に説明する必要はない。

２つの非限定的な実施の形態に関して本発明を説明した。本発明の精神から逸脱せずに多数の変更を加えることが可能である。
このように、例えば、装置配置の全体をクラッチ軸と共に中空の円筒状部分の内部で回転させることができ、また、コイルの電流を供給するため、相応する回転接点を提供することも必要であろう。このことは、クラッチ軸内ころ軸受を使用する必要が全くないという有利な効果を有することになろう。

本発明の第一の実施の形態を示す図である。 本発明の別の実施の形態を示す図である。 本発明によるアクチュエータを有する粘性クラッチを示す図である。

符号の説明

１ クラッチ軸 １ａ 主軸
２ 中間部分 ３ 前側部分
４ スリーブ ５ 強磁性リング
６ ストッパ ７ コイル
８ コイル軸 ８ａ 半径方向拡大領域
９ 静止磁束リング １０ ボルト
１１ ベルビルリング １２ コイル軸の端部の箇所
１３ ボール軸受 １４ ころ軸受
１５ 第二のボール軸受

Claims (8)

1. 粘性クラッチの油処理量を制御する弁を作動させるアクチュエータであって、クラッチ軸のような粘性クラッチの回転部分（１；２１）と作用可能に協働し、クラッチ軸の上にて、クラッチ軸（１；２１）に対し一次アクチュエータが回転することを許容する軸受（１３；２９）によって取り付けられる一次アクチュエータ（７；２４）を有するアクチュエータにおいて、クラッチ軸（１；２１）が、中空の円筒状領域を有し、一次アクチュエータ（７；２４）が、該中空の円筒状領域内に配置され、アクチュエータ及びクラッチ軸が、一次アクチュエータの制御作用を中空の円筒状領域の内側から外側へ伝達する手段（１ａ、３、４、５、８、９）を有し、
   前記一次アクチュエータによって動作させることのできる可動の構成要素（４；２２）がクラッチ軸（１；２１）の外側に配置され、
   前記可動の構成要素が、クラッチ軸の外側にて摺動することを許容するようにクラッチ軸に取り付けられたスリーブ（４；２２）である、ことを特徴とする、アクチュエータ。
2. 一次アクチュエータが、ソレノイドコイル（７；２４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. クラッチ軸（１；３）及び可動スリーブ（４）の領域が、ソレノイドコイル（７）の磁気ループの一部分であることを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. ソレノイドコイル（７；２４）が、静止のコイル軸（８；２５）に取り付られ且つコイル軸（８；２５）の外側輪郭部が、ボール軸受（１３；２９）の内側輪郭部を支承し、該ボール軸受は、それ自体の外側輪郭部により中空の円筒状クラッチ軸（１；２１）の内面に当接し、これにより、コイル軸とクラッチ軸との間のその相対的な回転を許容することを特徴とする、請求項３に記載のアクチュエータ。
5. クラッチ軸（１）が、強磁性材料の中空円筒状の主軸（１）と、強磁性材料のカップ状の軸の前側部分（３）と、主部分と軸の前側部分との間で軸方向に配置された非磁性の中間部分（２）とを備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載のアクチュエータ。
6. 前記スリーブ（４）は、該スリーブが非磁性部分（２）をおおって伸び、また、その１つの端部位置にて、該スリーブが２つの強磁性部分の１つ（３）と顕著に重なり合い、また、２つの強磁性部分の他方（１ａ）と殆んど又は全く重なり合わない一方、他端位置において、該スリーブは、クラッチ軸の強磁性部分の双方（３、１ａ）と実質的に等しく重なり合うような仕方にて、該スリーブが前記中空の円筒体の外側に配置されることを特徴とする、請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 主軸（１ａ）、中間部分（２）及び軸の前側部分（３）が、互いにねじ止めされ又は溶接されることを特徴とする、請求項５又は６に記載のアクチュエータ。
8. 請求項１から７の何れかに記載のアクチュエータを有する粘性クラッチ。
   
   
   

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