JP5237249B2

JP5237249B2 - ファン駆動装置組立体

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Publication number: JP5237249B2
Application number: JP2009282628A
Authority: JP
Inventors: ジェラード・エム・ライト; ジェームズ・アール・デバラバンダー; ニール・イー・ロッブ; ドナルド・イー・バックリー
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: EP2161467A3; US20010006599A1; EP2161467A2; EP2161468A3; US6206639B1; EP2975285A2; JP5237248B2; KR100609655B1; EP2975284A3; US20020018718A1; EP1031751A1; EP2975285A3; EP1031751B1; JP2010060141A; KR20010006674A; JP2010060140A; DE60044572D1; JP2000240754A; US6530748B2; US6358010B2

Description

本発明は、冷却ファン及びファン駆動装置を含む型式のファン駆動装置組立体に関し、より具体的には、ファン駆動装置がファン駆動装置内でのトルクの伝達の結果として熱が発生され、このように発生された熱を放散させるファン駆動装置の能力がファン駆動装置組立体のトルク伝達能力を制限するファクタとなる型式の上記ファン駆動装置組立体に関する。

本発明は、色々な型式及び形態のトルク伝達ファン駆動装置と共に使用することができるが、本発明は、ファン駆動装置として粘性流体継手装置を含む型式のファン駆動装置組立体と共に特に使用し得るようにされている。

本発明の使用による利点を享受し得る型式のファン駆動装置組立体は、幾つかの使用法を有しており、その最も一般的なものの１つは、車のエンジンのラジエータを冷却することに関係するものである。当業者に周知であるように、典型的なファン駆動装置組立体のファン駆動装置は、粘性流体継手装置を備えており、この流体継手は、粘性せん断抗力により、入力継手部材（クラッチ）から出力継手部材（ハウジング）までトルクを伝達するため高粘性流体を利用するために、このように粘性継手装置と称されている。冷却ファンは、出力継手部材にボルト止めされ、又はその他の方法にて適宜に取り付けられる。

米国特許第４，３８４，８２４号明細書

本発明は、比較的高馬力のファン駆動装置組立体、すなわち、約２乃至約１２馬力の範囲内における馬力をファン駆動装置から冷却ファンまで伝達できるファン駆動装置組立体にて使用されたとき、特に有利である。典型的に、かかる高馬力のファン駆動装置は、鋳造アルミニウム本体と、鋳造アルミニウムカバーとを備える型式の出力継手部材を備えている。この入力継手部材も、典型的に、鋳造アルミニウム部材として形成されており、本体及び／又はカバーと協働して、粘性せん断空間を画定する、互いに入り込んで組み合う複数のランド部及び溝を画定する。せん断空間が典型的に、シリコン流体である粘性流体にて充填されたとき、入力継手部材の回転に応答して、トルクが入力継手部材から出力継手部材に伝達される。

かかるトルクが伝達される間、ランド部と溝との間の粘性流体のせん断作用の結果として、顕著な熱が発生される。この発生された熱の量は、ファン駆動装置の「滑り速度」、すなわち、入力速度と出力速度との間の差に全体として比例する。トルクを伝達する能力は、発生された熱を放散させる装置の能力によって制限されることが当業者に全体として十分に理解されている。例えば、粘性ファン駆動装置において、粘性流体の温度が特定の最大温度を上廻るならば、流体の粘性な性質が劣化し、その結果、流体のトルク伝達能力が漸進的に失われることになる。

ファン駆動装置の技術において、特定の冷却ファンの設計及び開発は、ファンを利用すべき粘性ファン駆動装置の設計及び開発と全体として独立的に行われることが慣習的である。換言すれば、ファンは、所望の作動パラメータ（例えば、トルク、空気流等）を提供し、これにより、ブレードの形態及び間隔を決定し得るように設計され、次に、ファンの取り付け部分（「スパイダ」）は、特定のファン駆動装置の取り付けの配置（例えば、ファン駆動装置の軸線から特定の直径の位置に配置された取り付けパッド又はボス）の形態に適合し得るような設計とされ又は単に改造されている。

ファン駆動装置の技術にて慣習的でないことは、ファン駆動装置組立体の全体からの熱放散を最大にすることを目的として、冷却ファン及びファン駆動装置組立体を「パッケージ体」として設計することである。その結果、本発明の時点にて、その略最適な潜熱の放散（熱の排出）を可能にする市販のファン駆動装置組立体は全く存在しないと考えられる。更なる結果として、市販の実際上、全てのファン駆動装置組立体は、ラジエータを通る特別な所望の冷却空気の流れを実現するのに実際に必要とされる以上により大型で且つより高価なものとなる。

本発明は、ファンがカバーに取り付けられるのではなく、ハウジング（本体）の後側部に取り付けられるファン駆動装置組立体に限定されるものではないが、本発明は、特に、かかる配置にて有利であり、この配置に関して説明する。本体部材が本体の冷却フィンの半径方向内方に配置された４つの取り付けボスを有する、典型的な「後方取り付け」ファン駆動装置が米国特許第４，３８４，８２４号に図示され且つ記載されている。その結果、ファンスパイダは、冷却フィンを通って流れる冷却空気の半径方向の流れを妨害し、これにより、特定のファン駆動装置組立体の熱放散能力を低下させる。

従って、本発明の１つの目的は、組立体の全体が最適な潜熱の放散状態に近い状態となるように冷却ファン、及び該ファンを駆動する流体継手装置が設計された、改良されたファン駆動装置組立体を提供することである。

本発明のより具体的な目的は、ハウジングの冷却フィンを通る空気の流れを実質的に改良する仕方にて流体継手装置の本体（ハウジング）に冷却ファンが取り付けられる、改良されたファン駆動装置組立体を提供することである。

本発明の関連する目的は、上記の目的を実現し、冷却ファンがハウジングの冷却フィンを通る空気の流れを更に向上させ得る形態とされた改良したファン駆動装置組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、上記の目的を達成し、カバー冷却フィンが該カバー冷却フィンを通る空気の流れを向上させ得る形態とされた、改良したファン駆動組立体を提供することである。

本願発明に係るファン駆動装置組立体の一の実施例は、流体継手装置に取り付けられた冷却ファンを備える型式のファン駆動装置組立体であって、前記冷却ファンが、ファンハブと、スパイダ部分と、該ファンハブから半径方向に伸長する複数のファンブレードとを備え、前記流体継手装置が、後面を有する本体部材及び前記本体部材との間で流体チャンバを画定し得るように前記本体部材と協働するカバー部材を備える回転可能な継手組立体と、前記継手組立体に対して回転し得るように、前記流体チャンバ内に配置された回転可能な継手部材とを備え、前記継手組立体及び前記継手部材が協働してその間に粘性せん断チャンバを画定し、これにより、前記粘性せん断チャンバ内に粘性流体が存在することに応答してトルクが前記継手部材から前記継手部材に伝達されるようにし、前記本体部材が、複数の冷却フィンと、複数の取り付け部分とを有し、前記スパイダ部分が、前記取り付け部分に取り付けられ且つパイロット直径部分を画定し、（ａ）前記本体部材が前記取り付け部分の三つだけを有し、前記取り付け部分の三つの各々が前記本体部材の外周に極く隣接して配置されることと、（ｂ）前記取り付け部分の各々が、その後面にスパイダ取り付け面を含み、前記スパイダ取り付け面が、前記スパイダ部分の前記パイロット直径部分と係合する状態にある半径方向に配置されたパイロット面を有することと、（ｃ）前記複数の冷却フィンが、前記取り付け部分により覆われない前記本体部材の前記後面の実質的に全てを覆うことと、（ｄ）前記本体部材が外径を画定し、前記スパイダ部分のパイロット直径部分が、前記外径の約５３％乃至８３％の範囲の直径を画定することとを特徴とする。

本願発明に係るファン駆動装置組立体の他の実施例は、スパイダ部分と、前記スパイダ部分に取り付けられたハブと、前記ハブから半径方向に伸長する複数のブレードとを備える冷却ファンであって、前記スパイダ部分が、パイロット直径部分を画定する中央の開口部を有する、冷却ファンと、複数の取り付け部分が形成された後面を有する本体部材であって、前記取り付け部分の各々が、環状のスパイダ取り付け面と、前記パイロット直径部分と接触するように構成された半径方向に配置されたパイロット面とを画定し、前記複数の取り付け部分の各々が、外周と、前記外周において機械チャック止め面とを画定する、本体部分と、前記スパイダ部分が前記環状の取り付け面に接触し前記パイロット直径部分が前記パイロット面と係合した状態で、前記スパイダ部分を前記複数の取り付け部分に取り付けるための取り付け手段と、前記本体部材及び回転運動源の間に係合して前記本体部材にトルクを伝達し、これによって、前記冷却ファンを回転させる、継手部材とを備える。

本願発明に係るファン駆動装置組立体の他の実施例は、スパイダ部分と、前記スパイダ部分に取り付けられたハブと、前記ハブから半径方向に伸長する複数のブレードとを備える冷却ファンであって、前記スパイダ部分が、パイロット直径部分を画定する中央の開口部を有する、冷却ファンと、複数の取り付け部分が形成された後面を有する本体部材であって、前記取り付け部分の各々が、環状のスパイダ取り付け面と、前記パイロット直径部分と接触するように構成された半径方向に配置されたパイロット面とを画定し、前記複数の取り付け部分の各々が、外周と、前記外周において機械チャック止め面とを画定し、前記複数の取り付け部分の前記外周が円形であり、前記機械チャック止め面が直線状である、本体部分と、前記スパイダ部分が前記環状の取り付け面に接触し前記パイロット直径部分が前記パイロット面と係合した状態で、前記スパイダ部分を前記複数の取り付け部分に取り付けるための取り付け手段と、前記本体部材及び回転運動源の間に係合して前記本体部材にトルクを伝達し、これによって、前記冷却ファンを回転させる、継手部材とを備える。

また、流体継手装置に取り付けられた冷却ファンを備え、冷却ファンが、ファンハブと、スパイダ部分と、ファンハブから半径方向に伸長する複数のファンブレードとを備える型式のファン駆動装置組立体を提供することにより、本発明の上記及びその他の目的が達成される。流体継手装置は、後面を有する本体部材と、本体部材との間に流体チャンバを画定し得るように本体部材と協働するカバー部材と、第一の継手組立体に対して回転し得るように流体チャンバ内に配置された第二の回転可能な継手部材とを備えている。該第一の継手組立体、及び第二の継手組立体は、協働して、その間に粘性せん断チャンバを画定し、これにより、せん断チャンバ内の粘性流体の存在に応答してトルクが第二の継手部材から第一の継手組立体まで伝達され得るようにする。本体部材は、複数の冷却フィンと、複数の取り付け部分とを備えており、スパイダ部分は、取り付け部分に取り付けられ且つパイロット直径部分を画定する。

改良されたファン駆動装置組立体は、本体部材が複数の取り付け部分を備え、該取り付け部分の各々が本体部材の外周に直ぐ隣接して配置されることを特徴とする。取り付け部分の各々は、機械加工用のチャック止め面と、その後面におけるスパイダ取り付け面とを画定する。スパイダ取り付け面は、スパイダ部分のパイロット直径部分と係合したパイロット面を有している。複数の冷却フィンは、取り付け部分により覆われない本体部材の後面の実質的に全てを覆う。

本発明の別の形態によれば、ファンハブ及び複数のファンブレードの各々が協働して、局部的な半径方向への空気流を制限する作用可能な軸方向後方に伸長する空気堰部分を画定する。

また、本願発明に係るファン駆動装置組立体の他の実施例は、流体継手装置（１３）に取り付けられた冷却ファン（１１）を備える型式のファン駆動装置組立体であって、前記冷却ファン（１１）が、ファンハブ（１７）と、スパイダ部分（１５）と、該ファンハブ（１７）から半径方向に伸長する複数のファンブレード（１９）とを備え、前記流体継手装置（１３）が、後面（５９）を有する本体部材（２３）及び本体部材との間で流体チャンバ（３９）を画定し得るように前記本体部材と協働するカバー部材（２５）を備える回転可能な第一の継手組立体（２１）と、前記第一の流体継手組立体（２１）に対して回転し得るように、前記流体チャンバ（３９）内に配置された回転可能な第二の継手部材（２７）とを備え、前記第一の継手組立体（２１）及び前記第二の継手部材（２７）が協働してその間に粘性せん断チャンバ（５５、５７）を画定し、これにより、前記粘性せん断チャンバ（５５、５７）内に粘性流体が存在することに応答してトルクが前記第二の継手部材（２７）から前記第一の継手部材（２１）に伝達されるようにし、前記本体部材（２３）が、複数の冷却フィンと、複数の取り付け部分とを有し、前記スパイダ部分（１５）が、前記取り付け部分に取り付けられ且つパイロット直径部分を画定し、（ａ）前記本体部材（２３）が、各々が前記本体部材（２３）の外周に極く隣接して配置された複数の前記取り付け部分（６７）を有することと、（ｂ）前記取り付け部分（６７）の各々が、その後面上に機械加工用チャック止め面（７３）と、スパイダ取り付け面（７５）とを画定し、前記スパイダ取り付け面（７５）が、前記スパイダ部分（１５）の前記スパイダ直径部分（７９）と係合したパイロット面（７７）を有することと、（ｃ）前記複数の冷却フィン（６１）が、前記取り付け部分（６７）により覆われない前記本体部材（２３）の前記後面（５９）の実質的に全てを覆うことを特徴とする。

好ましくは、前記複数の取り付け部分が、３つの取り付け部分（６７）を有し、前記組立体が、前記冷却ファン（１１）の前記スパイダ部分（１５）を前記３つの取り付け部分（６７）に取り付ける複数の締結手段（７１）を更に備える。

また好ましくは、前記スパイダ部分（１５）が平坦な薄板状部材を画定し、前記取り付け部分（６７）の各々が雌ねじ付き穴（６９）を画定し、前記締結手段の各々が、雄ねじ付きボルト（７１）を含むことを特徴とする。

また好ましくは、前記スパイダ部分（１５）が、金属押抜き部分を備え、前記ファンハブ（１７）及び前記複数のファンブレード（１９）が単一の一体のプラスチック成形体を備えることを特徴とする。

また好ましくは、前記本体部材（２３）が外径（Ｄ１）を画定し、前記機械加工用チャック止め面（７３）が、前記取り付け部分（６７）の外周に配置され且つ前記外径（Ｄ１）の少なくとも約９０％の直径（Ｄ２）を画定する。

また好ましくは、前記スパイダ部分（１５）のパイロット直径部分（７９）及び前記取り付け部分（６７）により画定された前記パイロット面（７７）が、前記外径（Ｄ１）の約５３％乃至前記外径（Ｄ１）の約８３％の範囲の直径（Ｄ３）を画定する。

また好ましくは、前記本体部材（２３）における前記複数の冷却フィン（６１）の各々が、半径方向外側フィン部分（６３）と、半径方向内側フィン部分（６５）とを備え、前記半径方向外側フィン部分（６３）の第一の軸方向高さ（Ｈ１）が、前記半径方向内側フィン部分（６５）の第二の軸方向高さ（Ｈ２）よりも実質的に高く、これにより、前記内側フィン部分（６５）の領域内の周方向への空気の流れを制限する程度が軽減されることを特徴とする。

また好ましくは、前記スパイダ取り付け面（７５）が、前記後面（５９）から第三の軸方向高さ（Ｈ３）を画定し、前記半径方向外側フィン部分（６３）の各々の前記第一の軸方向高さ（Ｈ１）が、前記第三の軸方向高さ（Ｈ３）よりも僅かに低く、これにより、前記スパイダ部分（１５）が、前記半径方向外側フィン部分（６７）を通る半径方向への空気流を保つことを特徴とする。

また好ましくは、前記ファンハブ（１７）及び前記複数のファンブレード（１９）の各々が協働して、局部的な半径方向への空気流を制限する作用可能な、軸方向後方に伸長する空気堰部分（８１）を画定する。

また好ましくは、前記複数のファンブレード（１９）の各々が投影幅（ＰＷ）を画定し、前記ファンブレート（１９）の各々の後側部から前記スパイダ（１５）の後面まで測定した後方から後方への寸法（ＢＢ）を更に画定し、前記空気堰部分（８１）が、軸方向長さ（Ｌ）を画定し、前記軸方向長さ（Ｌ）が、前記後側から後面までの寸法（ＢＢ）の約６０％乃至約７０％の範囲にあることを特徴とする。

また好ましくは、前記ハブ部分（１７）が、前記ファンブレード（１９）の各々の前記投影幅（ＰＷ）の約２５％乃至約４０％範囲の軸方向長さ（Ｌ１）を有する。
また好ましくは、前記空気堰部分（８１）の各々が、前記ファンハブ（１７）とそれぞれのファンブレード（１９）の半径方向最内側部分との接続部に配置される。

また好ましくは、前記カバー部材（２５）が複数の冷却フィン（８５）と、隆起した略環状のリザーバ画定部分（４３）とを備え、前記複数の冷却フィン（８５）が、前記リザーバ画定部分（４３）から略半径方向外方に伸長し、前記カバー部材（２５）における前記冷却フィンの各々が、半径方向外側フィン部分（８７）と、半径方向内側フィン部分（８９）とを備え、前記半径方向外側フィン部分（８７）の軸方向高さ（Ｈ４）が、前記半径方向内側フィン部分（８９）の軸方向高さ（Ｈ５）よりも実質的に高く、これにより、前記内側フィン部分（８９）の領域内の周方向への空気流を制限する程度が軽減されることを特徴とする。

また好ましくは、前記カバー部材（２５）における前記半径方向外側フィン部分（８７）が、前記半径方向外側フィン部分（８７）を通じて空気流を半径方向に向ける手段（９１）を備えることを特徴とする。

また好ましくは、空気流を向ける前記手段が、前記カバー部材（２５）の前記半径方向外側フィン部分（８７）の前端部（９３）に固定された略環状の比較的薄い板状部材（９１）を備えることを特徴とする。

本願発明に係るファン駆動装置組立体の他の実施例は、流体継手装置（１３）に取り付けられた冷却ファン（１１）を備える型式のファン駆動装置組立体であって、前記冷却ファン（１１）が、ファンハブ（１７）と、スパイダ部分（１５）と、該ファンハブ（１７）から半径方向に伸長する複数のファンブレード（１９）とを備え、前記流体継手装置（１３）が、後面（５９）を有する本体部材（２３）及び本体部材との間で流体チャンバ（３９）を画定し得るように前記本体部材と協働するカバー部材（２５）を備える回転可能な第一の継手組立体（２１）と、前記流体継手組立体（２１）に対して回転し得るように、前記流体チャンバ（３９）内に配置された回転可能な第二の継手部材（２７）とを備え、前記第一の継手組立体（２１）及び前記第二の継手部材（２７）が協働してその間に粘性せん断チャンバ（５５、５７）を画定し、これにより、前記粘性せん断チャンバ（５５、５７）内に粘性流体が存在することに応答してトルクが前記第二の継手部材（２７）から前記第一の継手部材（２１）に伝達されるようにし、前記本体部材（２３）が、複数の冷却フィンと、複数の取り付け部分とを有し、前記スパイダ部分（１５）が、前記取り付け部分に取り付けられ且つパイロット直径部分を画定し、（ａ）前記本体部材（２３）が、各々が前記本体部材（２３）の外周に極く隣接して配置された前記取り付け部分（６７）を３つ有することと、（ｂ）前記取り付け部分（６７）の各々が、その後面上にスパイダ取り付け面（７５）を有し、前記スパイダ取り付け面（７５）が、前記スパイダ部分（１５）の前記スパイダ直径部分（７９）と係合したパイロット面（７７）を有することと、（ｃ）前記複数の冷却フィン（６１）が、前記取り付け部分（６７）により覆われない前記本体部材（２３）の前記後面（５９）の実質的に全てを覆うことと、（ｄ）前記本体部材（２３）が外径（Ｄ１）を画定し、前記スパイダ部分（１５）のパイロット直径（７９）が前記外径（Ｄ１）の約５３％乃至約８３％の直径（Ｄ３）を画定することとを特徴とする。

図３の線１−１に沿った、図３よりも拡大図であり且つ冷却ファンを含む、本発明のファン駆動装置組立体の１つの半体の軸方向断面図である。図３の線２−２に沿った、図１と同一の縮尺であるが、冷却ファンを含む、本発明のファン駆動装置組立体の１つの半体の軸方向断面図である。本発明の一部を備える流体継手装置の本体部材のみを示す、図１、図２の左方向から見た平面図である。本発明の１つの形態を示す、本体部材の一部分及びファンスパイダの多少概略図的な部分図である。本体の外側の冷却空気の流れを示し且つ「従来技術」を示す、図４と同様の多少概略図的な部分図である。「本発明」を示す、図４と同様の多少概略図的な部分図である。本発明の１つの追加的な形態を示す、冷却ファンの軸方向部分断面図である。本発明の別の形態を示す、カバーの一部分の多少概略図的な部分図である。従来技術（基準）継手装置と本発明の改良された組立体とを比較する、ファン速度（ＲＰＭ）対入力速度（ＲＰＭ）のグラフである。

次に、本発明を限定することを意図するものではない図面を参照すると、図１及び図２には、本発明に従って製造されたファン駆動装置組立体の１つの好適な実施の形態が図示されている。ファン駆動装置組立体は、全体として参照番号１１で表示した冷却ファンと、全体として参照番号１３で表示し、冷却ファン１１に対し駆動トルクを提供する機能を果たす流体継手装置とを備えている。

冷却ファン１１は、本発明の範囲内で、色々な形態及び構造を備えることができ、本発明は、以下に、特に別段の記載がある場合を除いて、図示した特定の構造にのみ限定されるものではない。冷却ファン１１は、通常比較的薄く、平坦な薄板状部材である、押抜きした環状の金属スパイダ１５を備えている。環状のプラスチックのハブ部分１７がスパイダ１５の外周の周りで成形されることが好ましい。しかしながら、「スパイダ」及び「ハブ」のような用語の使用は、構造的限定を付すことを意味するものと解釈すべきではない。例えば、本発明の範囲内において、スパイダ１５はハブ部分１７と一体に成形してもよい。典型的に、ハブ部分１７と一体に成形された複数のファンブレード１９が存在し、ファンブレード１９は、図１、図２に一部のみが図示されている。ファンブレード１９の特定の配置及び形態は、本発明の必須の形態を構成するものではないことを理解すべきである。更なる一例として、ファン１１は、環状リングがファンブレード１９の外側先端を取り巻く「リングファン」型とし、又は、リングがファンブレードを取り巻かない、「開放ファン」型の何れかとすることができる。

流体継手装置１３は、典型的に、ダイキャストアルミニウムハウジング（本体）部材２３と、ダイキャストアルミニウムカバー部材２５とを有する出力継手組立体２１を備えている。典型的に、本体２３及びカバー２５は、カバー２５の外周の張出し部分等により共に固着されている。しかしながら、幾つかの継手装置において、本体及びカバーは共にボルト止めされている。

本体２３及びカバー２５は協働して流体チャンバを画定し、この流体チャンバ内には、入力継手部材２７が配置されている。当該技術分野にて周知であるように、流体継手装置１３は、液体冷却エンジン（図示せず）により駆動され得るようにされている。該装置は、入力継手部材２７が取り付けられる入力軸２９を備えている。入力軸２９は、典型的に、エンジンの水ポンプ（同様に図示せず）の相手のフランジにボルト止めすることのできるフランジ３１により回転可能に駆動される。入力軸２９は、本体２３の内径部分に着座するベアリングセット３３の内側レースの支持体として機能する。入力軸２９の前端（図１、図２の左端部）は、鋸歯状部分と、入力継手部材２７のハブ部分３５により画定された開口部との間に締まり嵌めする。その結果、入力軸２９が回転すると、入力継手部材２７が回転する。

本体２３及びカバー２５は協働して、上述したように流体チャンバを画定し、この流体チャンバは、円形の弁板３７により流体作用チャンバ３９と流体リザーバチャンバ４１とに仕切られている。このように、入力継手部材２７は流体作用チャンバ３９内に配置されているのが理解できる。

カバー２５は、装置の回転軸線Ａの周りで略同心状に配置された隆起した環状のリザーバ画定部分４３を画定する。カバー２５は、略円筒状の軸支持部分４５を更に画定し、カバー２５を通って外方（図１、図２の左側）に伸長する弁軸４７が軸支持部分４５内に回転可能に配置されている。弁アーム４９が弁軸４７の内端（図１、図２の右端部）に取り付けられている。弁アーム４９の動きは、弁板３７に形成され且つ図２にのみ図示した充填開口部（ポート）５１を通ってリザーバチャンバ４１から作用チャンバ３９までの流体の流れを制御する。

温度応答型のバイメタル要素が弁軸４７の外端と作用可能に関係しており、この温度応答型バイメタル要素は、当該実施の形態において且つ単に一例として、コイル部材５３を備えている。周囲温度の変化に応答して、バイメタルコイル５３が弁アーム４９の動きを制御する方法は当該技術分野にて周知であり、本発明の一部を構成するものではなく、従って、本明細書にてこれ以上説明はしない。

図１又は図２の何れにも図示していないが、カバー２５が作用チャンバ３９の外周からリザーバチャンバ４１に連通して戻る流体通路を画定することが一般的で且つ当業者に周知のことである。典型的に、カバー２５には、吹き払い要素（同様に図示せず）が設けられ、これにより、流体は、入力継手部材２７とカバー２５との間の相対的な回転に応答して、流体通路を通じて作用チャンバ３９から圧送されてリザーバチャンバ４１内に戻ることになる。このポンプ（掃気）機能も当該技術分野にて周知であり且つ本発明の直接的な部分を何ら構成せず、従って、本明細書にて更に説明はしない。

当該実施の形態において且つ単に一例として、入力継手部材２７は、複数の環状のランド部５５を画定する前面を有している。カバー２５の隣接面は複数の環状のランド部５７を形成する。環状のランド部５５、５７は、その間に蛇行形状の粘性せん断チャンバを画定し得るように入り込んで組み合わさっている。流体継手装置１３の作用は、本発明の譲受人に譲渡され且つ参考として引用して本明細書に含めた米国特許第４，９７４，７１２号を参照することにより、一層よく理解することができる。簡単に説明すると、トルクは入力軸２９により車のエンジンから入力継手部材２７に伝達されると、その結果、環状のランド部５５、５７の間のせん断空間内に保持された粘性流体がせん断される。せん断空間もまた以下に、参照番号５５、５７として説明する。

図１、図２を参照し、更に、図３、図４を参照して、本発明の１つの形態を説明する。本体２３は、後面５９（図２、図３に最も良く図示）を画定する。鋳造本体２３は、全体として参照番号６１で示し且つ好ましくは本体２３と一体に鋳造された複数の冷却フィンを備えており、冷却フィン６１は、軸方向後方に（図１、図２の右側）に伸長している。冷却フィン６１の各々は、半径方向外方のフィン部分６３と、半径方向内方のフィン部分６５とを備えている。図３から最も良く理解し得るように、フィン部分６３、６５は、共に、一体の単一のフィンを備えており、部分６３、６５の間の主要な相違点は、外側フィン部分６３が軸方向高さＨ１（後面５９から測定）を有し、内側フィン部分６５が図４から最も良く理解し得るように軸方向高さＨ２を有することであることが理解される。

次に、主として、図１、図３を参照すると、本体２３は、複数の取り付け部分すなわちボス６７も有している。ボス６７の各々は、雌ねじ付き穴６９を画定し、この雌ねじ付き穴６９により、金属スパイダ１５を好ましくはボルト７１によりそれぞれのボス６７に取り付けることができる。以下、「複数」の取り付け部分６７に関して説明し且つこれを特許請求の範囲に含める。以下の説明から明らかになるように、熱の放散を向上させる目的のため、取り付け部分は３つのみ存在することが好ましい。しかしながら、本発明の幾つかの適用例において特に、比較的大きいトルクのファンを使用するとき、取り付け部分６７を４つ利用することが必要であり、その何れの代替例も本発明の範囲に属するものであることを明確に理解すべきである。

更に、主として図１、図３を参照すると、取り付けボス６７の各々は、図３に最も良く図示するように、外径Ｄ１を有する、本体２３の外周に極く隣接して配置されている。取り付けボス６７の各々は、その外周に、単に一例として、継手装置１３の軸線Ａに対して平行に配置された小さい切欠き部分を有する実質的に平坦な面として図示された、機械加工用チャック止め面７３を有している。当業者に周知であるように、チャック止め面７３は、色々な面及び直径が機械加工されている間に、本体２３をチャック止めし、又は静止状態に保持し得るように設けられている。本発明の目的は、取り付けボス６７の各々の半径方向内方部分にチャック止め面が配置されることにより達成されることを理解すべきである。当該実施の形態において、３つの機械加工用チャック止め面７３が、直径Ｄ１の少なくとも９０乃至９５％であることが好ましい直径Ｄ２を画定する。冷却ファンが本体に対して取り付けられる、粘性流体継手の技術において、本体が３つのチャック止め部分及び３又は４つのファン取り付けボスを有することが従来の形態であった。換言すれば、本体の後面には、合計６又は７つの異なる構造体要素が存在し、これらの構造体要素は、冷却フィンの存在及び本体の後面の外側を通る冷却空気の半径方向への流れを中断させ又はその流れを妨害することになろう。

ファン駆動装置組立体の全体的な熱放散能力の１つのファクタとして本体２３の外側における冷却空気の半径方向への流れの重要性を認識することが本発明の１つの重要な見方である。このため、本発明の１つの重要な構造的特徴として、機械加工用チャック止め及びファン取り付けの機能を組み合わせて単一の構造体となるようにする。また、取り付けボス６７の各々は、スパイダ１５の前面が配置される、平坦な横断方向スパイダ取り付け面７５と、全体として環状のパイロット面７７とをも有している。パイロット面７７の機能は、その名が意味するように、スパイダ１５のパイロット内径７９（図２、図４参照）を「案内」し、又は正確に位置決めすることである。パイロット面７７は、直径Ｄ３を画定し、本発明の展開の過程において、直径Ｄ３が直径Ｄ１の約５３％乃至８３％の範囲にあるとき、常に、熱の放散が最大となることが分かった。当該実施の形態において且つ単に一例として、直径Ｄ３は、直径Ｄ１の約７２％である。

本発明の別の重要な実施の性質によれば且つ図３に最も良く図示するように、取り付け部分６７及び色々な面７３、７５、７７は、これらの面が果たす機能と一致して、可能な限り小さく形成され、後面５９の残りの実質的に全ては、冷却フィン６１により覆われる。当業者は、後面５９とは、ベアリングセット３３を取り巻く本体２３の略截頭円錐形部分の半径方向外方の略横断面を意味するものであることが理解されよう。このように、取り付け部分６７及び冷却フィン６１の点にて、空気が本体２３の後面５９の略全ての外側を半径方向に流れることが可能となり、これにより、熱の放散を実現するのに実際に利用可能である後面５９における面積を最大にすることが可能となる。

次に、主として、図２、図３、図４を参照すると、本発明の別の重要な形態は、外側フィン部分６３及び内側フィン部分６５に関係する。図２にて最も良く理解し得るように且つ粘性流体継手技術の当業者に全体として周知であるように、粘性せん断空間５５、５７内の熱の発生は、半径方向外側の範囲に向けて大きく、また、半径方向内側の範囲に向けて小さい。このため、上述したように、軸方向高さＨ１を有する外側フィン部分６３は、最大の熱発生領域、従って、熱の放散が最も必要とされる領域に略対応する半径方向の範囲を有している。フィン部分６３から半径方向内方にある、軸方向高さＨ２を有する内側フィン部分６５は、フィン部分６３よりも熱の放散能力が実質的に小さい。しかしながら、内側フィン部分６５は、発生される熱が実質的に少ない領域と半径方向に整合されており、このため、必要とされる熱の放散は少なくてよい。更に、本発明の発展に関連して、フィン部分６５の軸方向高さが比較的低いことは、以下に説明する更なる１つの有利な点をもたらす。

次に、フロー線図である、主として図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、矢印の各々の長さは、流速を示す、すなわち、短い方の矢印は比較的低速を示し、長い方の矢印は、比較的高速を示すことを理解すべきである。図５Ａ、図５Ｂは、周知で且つ広く受け入れられているＣＦＤ（コンピュータ利用の流体運動）分析技術を使用して作成したものである。図５Ａにおいて、スパイダが本体の截頭円錐形部分と略同程度に半径方向に伸長した従来技術は、実際に、本体における冷却フィンの領域を通って流れる半径方向外方への空気流を有する。しかしながら、空気流は特に速くはなく、従来技術の組立体による全体的な熱の放散は本体フィンを通る比較的少ない空気量を反映する。

図２、図４にて最も良く理解し得るように、外側フィン部分６３の半径方向の範囲は、スパイダ１５の半径方向内方の範囲に略対応する。このため、図５にて最も良く理解し得るように、半径方向外側のフィン部分６３に軸方向に隣接して配置されたスパイダ１５を有することは、空気流をフィン部分６３を通って半径方向内方に流れるように向け又は拘束し、本体の冷却フィンを通る空気流の速度の矢印で示すように、フィン部分６３からの熱伝達を最大にする働きをする。フィン部分６３を通って半径方向内方に流れた後、幾分かの空気は内側フィン部分６５を通って半径方向内方に流れ、次に、軸方向に偏向される一方、外側フィン部分６３から出る空気の一部は、内側フィン部分６５の上方を軸方向に開放領域内に流れる。軸方向高さＨ１よりも実質的に低い内側フィン部分６５の軸方向高さＨ２は、フィン部分６３から出る空気の一部が後方に（図２の右側）に流れる前に、フィンに対して略周方向に流れるのを可能にし、これにより、空気流に対する全体的な制限を小さくし且つ外側フィン部分６３からの熱伝達を更に向上させることを可能にする。

次に、主として、図２、図４を参照すると、スパイダ１５の前面は本体２３の後面５９の軸方向高さＨ３を画定することが理解できる。外側フィン部分６３の各々の軸方向高さＨ１は、軸方向高さＨ３よりも多少、低いが、各フィン部分６３の「頂部」とスパイダ１５の隣接する面との間に主要な空気流通路を提供するのに十分でないことが好ましい。かかる空気流通路が存在することは、上述したように、空気を強制的にフィン部分６３を通過させずに、空気に対する「漏洩」通路となる効果がある。他方、スパイダ１５は、フィン部分６３に係合して、フィンの高さに対する通常の鋳造許容公差をとることは望ましくなく、それは、フィン部分６３の１つが隣接するスパイダ取り付け面７５の「上方」を伸長し且つファンスパイダ１５が適正に誘導するのを防止する可能性があるからである。

次に、主として、図２、図６を参照すると、環状のプラスチックハブ部分１７は、後方の軸方向に伸長する空気堰部分８１を有し、その部分８１は、ハブ部分１７と一体に成形されることが好ましい。本発明は、空気堰８１の任意の特別な半径方向位置に限定されないが、ファンブレード１９の半径方向内方に配置されることが好ましい。「従来技術」の欄に記載したように、本発明の１つの重要な形態は、ファン１１及び流体継手１３を１つのパッケージとして設計することであり、空気堰部分８１が存在することは、その設計方法のもう１つの例である。本発明を開発する間に、軸方向に伸長する空気堰部分８１が存在することは、本体２３からの熱の放散を増し、空気堰部分８１が冷却フィン６１の外側を通る空気の流れを向上させることを示す点にて有益であることが分かった。この改良は、図５Ｂに図示されており、ここにおいて、空気堰８１から半径方向内方への空気流の速度は極めて遅いことが分かり、このことは、本体の冷却フィン及びファンブレードを通る空気の流速が観察可能な程度に向上することに関係すると考えられる。

次に、主として図６を参照すると、ファンの顕著な寸法は、ファンブレード１９のＰＷ（投影幅）、すなわち、ブレードに対して「直角」の方向に見たときではなく、周方向に見たときに見えるブレードの幅である。図６において、「ＢＦ」（すなわち、ブレードＰＷの後側から取り付け部分に取り付けられるスパイダの前面までの距離）と称される１つの寸法も図示されている。次に、「ＢＢ」（すなわち、ブレードＰＷの後側からスパイダの後面までの距離すなわち、ＢＦからスパイダの厚さを差し引いた値）と称される１つの寸法も図示されている。空気堰部分８１は、スパイダの後面から測定した軸方向長さＬを画定する。長さＬの測定値は、必ずしも極めて正確である必要はないことを理解すべきである。当該実施の形態の開発中、長さＬが後側と後面との寸法ＢＢの約６０％乃至７０％の範囲にあるとき、部分８１の長さが変化すると、本体２３からの熱の放散が最大となることが分かった。

更に、主として図６を参照すると、ハブ部分１７は軸方にかなり短く且つファンブレード１９の投影幅であるＰＷよりも軸方向に遥かに短いことが分かる。より従来型式の幅の広いハブ部分は、半径方向への空気の流れを制限する効果があると考えられている。当該実施例の開発に関して、空気堰部分８１は、半径方への空気の流れを制限しこれにより、熱の放散を向上させるが、ハブ部分の軸方向長さの主要な部分の寸法もまた熱の放散を向上させることが分かった。図示したように、ファンを後側に取り付けたとき、スパイダの前方のハブ部分の軸方向長さを短くすることは、図５Ｂに図示するように、冷却フィン６１の外側の半径方向内方への空気の流れを向上させると考えられる。他方、上述したように、スパイダの後側部における半径方向への空気の流れを制限することは、フィン６１の外側で冷却空気が半径方向へ流れるのを助けることも分かった。

再度、主として図１、図２を参照し、更に図７を参照すると、カバー２５は、前面８３と、全体として参照番号８５で表示し、カバー２５と一体に鋳造されることが好ましい、複数の冷却フィンとを画定することが理解できる。冷却フィン８５の各々は、半径方向外側フィン部分８７と、半径方向内側フィン部分８９とを有している。本体２３について説明したのと略同様の方法にて、外側フィン部分８７の各々は、前面８３から軸方向に測定した軸方向高さＨ４を画定し、内側フィン部分８９の各々は、軸方向高さＨ５を有し、高さＨ４は高さＨ５よりも実質的に高い。より高い半径方向外側フィン部分８７は、ランド部５５及び溝領域５７の直ぐ前方に配置されており、このため、フィン６１に関して説明したのと同一の理由のため、フィン部分８７は、正確に必要とされるとき、遥かに多量の熱の放散を実現し得るように遥かに高くなっている。

本発明の別の特徴に従い且つフィン部分８７の熱の放散を更に向上させるため、環状の板状部材９１がフィン部分８７の先端部分と係合状態に設けられている。該板状部材９１は、比較的薄く、多分、組み立てるときに、多少変形可能であるように十分に薄いようにすることさえも好ましく、部材９１は、フィン部分８７の先端に形成された環状通路９３内に簡単に押し込むことができる。環状通路９３は、「鋳造したまま」にて使用し、特徴部分が製造費用の点にて基本的に「かからない」であるようにすることが好ましい。環状部材９１が存在することは、冷却フィン８５を通る空気の流れを向け、より具体的には、フィン部分８７内の空気の流れを制限し、これにより、スパイダ１５が冷却フィン６１に関して行うのと全く同一の仕方にてフィン部分からの熱の伝達を最大にする効果があると考えられる。本発明のこの形態は、また、図５Ｂの空気フロー図にも図示されている。

本発明の開発及び試験に関して、本明細書に図示し且つ記載した個々の特徴部分の各々は、ファン及びファン駆動装置組立体の熱の放散に積極的に寄与することが分かった。更に、個々の特徴部分は「最適化され」、このため、全体的なファン及びファン駆動装置組立体は略最適な熱の放散を実現する。この改良点は、ファン速度（ＲＰＭ）対入力速度（同様に、ＲＰＭ）のグラフである、図８のグラフに示してある。「従来技術」と表示したグラフは、本発明の譲受人により商業的に販売されている、シリーズ５６５ファン駆動装置である「基準」装置とみなしたものを表す。「発明」と表示したグラフは、本明細書に記載した色々な特徴を除いて、同一のファン及びファン駆動装置組立体を表す。

図８のグラフに図示した試験を行うとき、７つのファン駆動装置組立体の各々は、４０００ＲＰＭ（及び周囲空気の一定の上昇した温度値）の連続的な入力速度を最初に受け取り、次に、入力速度を約３０分間、４１００ＲＰＭまで加速した。次に、入力速度を短時間の「休止期間」、４０００ＲＰＭまで減速させ、その後、入力速度を４２００ＰＭに加速した。この交互の休止期間（４０００ＲＰＭ）及び増速する入力速度の過程は、ファン駆動装置組立体の各々がその性能の点にて「劣化」し、その出力速度（ファン速度）が休止期間中、最初のファン速度から「減衰し」すなわち１０％低下するまで繰り返した。

本発明の性能に関し、また、本発明（改良した組立体）による実質的に改良された熱の放散の結果について、幾つかの観察が可能である。第一に、改良された組立体の平均ファン速度は、減衰が生じる前、すなわち、最初の４０００ＲＰＭの入力速度が約４６００ＲＰＭに達する前でさえ、基準組立体の場合よりも少なくとも約１５０ＲＰＭだけ高速である。第二に基準組立体に対し、減衰は、４９００ＲＰＭにて、すなわち、入力速度以上にて生じ、その組立体の性能は許容し得ないと考えられる。本発明の場合、減衰は、入力速度が約５３００ＲＰＭに達するまで生ぜず、この場合でも本発明の組立体は約２９００ＲＰＭのファン速度を提供することができる一方、基準装置は、４９００ＲＰＭの入力速度に減衰したとき、そのファン速度は常に僅かに２７００ＲＰＭより速い程度にまで低下している。当業者に周知であるように、粘度は高レベルに止まり、このことは、所定の入力速度に対するファン速度の増大を考慮するものであるため、粘性流体を比較的より低温に保つことが重要である。このように、任意の所定の入力速度に対しより速いファン速度を示す実験データは、本発明の結果、実質的により多量の熱の放散となる、すなわち、粘性流体がより低温度に止まるという上記の仮説を証明することになる。

本発明の別の有利な点は、多数の冷却フィン６１（図３参照）に関するものである。本体の冷却フィン６１の外側を通る空気の流れが改良される結果、当該実施の形態の展開例の一部として、フィン６１の数を熱の放散を損失せずに、６０以上から僅か４２まで減少させることが可能であることが分かった。フィンの数の減少は、本体のダイキャスティングの一体性を向上させると同時に、本体の全体的な重量を軽減することを可能にする。

本発明は、上記の記述にて極めて詳細に説明したが、本明細書を読み且つ理解することにより、本発明の色々な変更例及び改変例が当業者に明らかになるであろうと考えられる。かかる全ての変更例及び改変例は特許請求の範囲に属する限り、本発明に包含することを意図するものである。

１１冷却ファン１３流体継手装置
１５環状の金属スパイダ１７環状のプラスチックのハブ部分
１９ファンブレード２１出力継手組立体
２３ダイキャストアルミニウムハウジング（本体）部材
２５ダイキャストアルミニウムカバー部材
２７入力継手部材２９入力軸
３１フランジ３３ベアリングセット
３５入力継手部材のハブ部分３７円形の弁板
３９流体作用チャンバ４１流体リザーバチャンバ
４３環状のリザーバ画定部分４５略円筒状の軸支持部分
４７弁軸４９弁アーム
５１充填開口部（ポート）５３コイル部材
５５、５７環状のランド部５９後面
６１冷却フィン６３半径方向外方のフィン部分
６５半径方向内方のフィン部分６７ボス／取り付け部分
６９雌ねじ付き穴７１雄ねじ付きボルト
７３機械加工用チャック止め面７５スパイダ取り付け面
７７パイロット面７９スパイダ直径部分
８１空気堰部分８３前面
８５冷却フィン８７半径方向外側フィン部分
８９半径方向内側フィン部分９１環状の板状部材
９３環状通路

Claims

ファン駆動装置組立体において、
スパイダ部分と、前記スパイダ部分に取り付けられたハブと、前記ハブから半径方向に伸長する複数のブレードとを備える冷却ファンであって、前記スパイダ部分が、パイロット直径部分を画定する中央の開口部を有する、冷却ファンと、
複数の取り付け部分が形成された後面を有する本体部材であって、前記取り付け部分の各々が、環状のスパイダ取り付け面と、前記パイロット直径部分と接触するように構成された半径方向に配置されたパイロット面とを画定し、前記複数の取り付け部分の各々が、外周と、前記外周において機械チャック止め面とを画定する、本体部分と、
前記スパイダ部分が前記環状の取り付け面に接触し前記パイロット直径部分が前記パイロット面と係合した状態で、前記スパイダ部分を前記複数の取り付け部分に取り付けるための取り付け手段と、
前記本体部材及び回転運動源の間に係合して前記本体部材にトルクを伝達し、これによって、前記冷却ファンを回転させる、継手部材とを備えるファン駆動装置組立体。
ファン駆動装置組立体において、
スパイダ部分と、前記スパイダ部分に取り付けられたハブと、前記ハブから半径方向に伸長する複数のブレードとを備える冷却ファンであって、前記スパイダ部分が、パイロット直径部分を画定する中央の開口部を有する、冷却ファンと、
複数の取り付け部分が形成された後面を有する本体部材であって、前記取り付け部分の各々が、環状のスパイダ取り付け面と、前記パイロット直径部分と接触するように構成された半径方向に配置されたパイロット面とを画定し、前記複数の取り付け部分の各々が、外周と、前記外周において機械チャック止め面とを画定し、前記複数の取り付け部分の前記外周が円形であり、前記機械チャック止め面が直線状である、本体部分と、
前記スパイダ部分が前記環状の取り付け面に接触し前記パイロット直径部分が前記パイロット面と係合した状態で、前記スパイダ部分を前記複数の取り付け部分に取り付けるための取り付け手段と、
前記本体部材及び回転運動源の間に係合して前記本体部材にトルクを伝達し、これによって、前記冷却ファンを回転させる、継手部材とを備えるファン駆動装置組立体。