JPH03103625A - 粘性流体クラッチのための予荷重された制御アーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、全般にわたって、粘性流体カップリング装置
に関する。とりわけ、本発明は粘性流体ファン・クラッ
チの中の流体の流れを制御するための制御アームに関す
る。

乗り物の冷却ファンを駆動・回転させるためのサーモス
タットによる制御方式の粘性流体クラッチ・アセンブリ
は、よく知られている。多数羽根付きファンは、このク
ラッチ・アセンブリの本体に、取り外しの効く形で、固
定される。このファンとクランチ・アセンブリは、乗り
物のエンジンのアクセサリー・プーリー（一般的にはウ
ォーター・ポンプ・プーリー）とラジエーターの間に設
置されている。クラッチ・アセンブリは、冷却が必要な
ときは、入力スピードに近い高速で、このファンを駆動
し、また、冷却が必要でないときは、ファンを低速で回
転させることができる。このクラッチ・アセンブリを使
うことによって、ファンの回転をサーモスタットで調整
できるので、エンジンにかかる負荷とファンの回転によ
って引き起こされるノイズを減らし、結果として、馬力
が増し、燃費が節減される。

一般的に、クラッチ・アセンブリは、複数のランドと複
数の溝とを有する本体に噛み合わされている、それらと
相互補完的に働く、複数のランドと複数の溝とを持って
いるクラッチ・プレートを含んでいる。ポンプ・プレー
トが、内部に組み込まれている一対のチャンバーと、コ
レクティング・チャンバーと、ボンビング・チャンバー
とを、リザーバ−（貯液槽）から分け隔てている。ポン
プ・プレートに設けられている複数のゲートは、粘性流
体がリザーバ−（貯液槽）からコレクティング・チャン
バーへ、それから、本体とクラッチ・プレートとの複数
のランドと複数の溝との間のす吋域の中へ流れるのを可
能にする。

これらの複数のランドと複数の溝との間で剪断された流
体は、クラッチ・プレートからの入力トルクを伝達して
、本・体および本体に取付けられたファンを駆動する。

ポンプ・プレート・ゲートを通過する流体の流れは、ポ
ンプ・プレートの近くに置かれた制御アームによって制
御される。冷却が必要でないときは、この制御アームは
、複数のゲートにカバーを被せて、剪断域の中の流体の
大部分を、ポンビング・チャンバーの中に送り込むため
に、一つの方向に回転させられる。ポンプ・プレートの
中に、複数の穴（オリフィス）が開けられているため、
流体はボンピング・チャンバーからりザーバ−（貯液槽
）に移動することができる。かくて、剪断域から大部分
の流体が除かれるので、クラッチ・プレートと本体との
間の剪断力が大幅に減少し、そのため、ファンの回転を
実質的に減少させる。

冷却が必要なときは、制御アームは、複数のゲートのカ
バーを外して、流体を剪断域に流し込ませるために、反
対方向に回転させられ、これによって、クラッチ・プレ
ートと本体との間の剪断力が増加する。即ち、入力トル
クが増加するから、ファンの回転が速くなり、冷却空気
の流量が増加することになる。

しばしば、二種の金属を用いて作られたパイメタルの部
材が、制御アームを作動させるために利用され、それに
よって、流体がポンプ・プレートの複数のゲートを通っ
て流がされる。このバイメタルでできた部材は、制御ア
ームに連結されている制御シャフトに連結することがで
きる。このバイメタルの部材が、温かい周囲の空気の温
度によって膨張するにつれて、シャフトが回転し、それ
によって、制御アームが回転させられる。

周囲の空気の温度が冷えるにつれて、バイメタルの部材
は収縮し、それによって、制御シャフトと制御アームと
が、まえとは、反対方向に回転させられる。

製造と組立の許容誤差の分と、バイメタルの部材の膨張
と収縮の分とに順応させるために、制御シャフトと制御
アームは、従来のファン・クラッチ・アセンブリにおい
ては、わずかな距離間を、スライド、または、“浮動す
る１ことができるようになっている。このような浮動、
または、“軸端遊び”は、シャフトの長さ方向の軸に沿
って起こる。制御シャフトの軸端遊びにより、機械切削
、および、組立の許容誤差を大きく取ることができ、そ
のため、製造コストを、節減することができる。

さらに、バイメタル部材とカバー間の摩擦も、制御シャ
フトの軸端遊びによって、減少する。

制御シャフトがポンプ・プレートから遠ざかる方向にス
ライドするにつれて、取付けられている制御アームは、
ポンプ・プレートから遠ざかる方向に引っ張られて、回
転中に、ぐらつく傾向を示す。制御アームが閉じた位置
にあって、ポンプ・プレートから引っ張られるとき、リ
ザーバー（貯液槽）からコレクティング・チャンバーへ
の流体の漏洩が、複数のゲートが起こることがある。不
必要な流体が剪断域へ流れ続けることがあり、そのため
、望ましくない冷却ファンの高速回転を引き起こす。

改善を追及するための技術が現在引き続き続いている。

現在の設計においては、制御アームとバイメタルの部材
を連結する、制御シャフトのスライディング（すべり度
）の許容誤差を与えることが望ましい。それと同時に、
複数のゲートが、制御シャフトと、その制御シャフトに
取付けられている制御アームとの全ての長さ方向の位置
で、カバーを被せられるときに、制御アームとポンプ・
プレートの間に、ある有効の封止作用が与えられること
が望ましい。

本発明は、とりわけ、乗り物のファン・クラッチ・アセ
ンブリに適している粘性流体駆動装置に向げられている
。本発明によるファン・クラッチ・アセンブリは、予荷
重された回転できる制御アームを利用して、ポンプ・プ
レートの中の複数のゲートにカバーを被せたり、外した
りして、アセンブリの中を流れる流体の流れを制御し、
また、それによって、クラッチに取付けられているファ
ンのスピードを制御する。スプリングが、ポンプ・プレ
ートと向かい合っている制御アームの近くに取付けられ
ていて、制御アームが閉じられた姿勢になっているとき
、制御アームをポンプ・プレートに付勢して、有効な封
止作用を与える。このスプリングは、制御アームに連結
されているスライドできる制御シャフトの全ての長さ方
向の場所に、有効な封止力を作りだす。本スプリングは
製造コストが安く、また、従来のファン・クラッチ・ア
センブリに適合する。

一つの好適な実施例において、本発明は、粘性流体クラ
ッチを通過する流体の流れを制御するための予荷重され
た制御アームを含んでいる。回転できる制御シャフトが
、このクラッチの中に取付けられている。この制御アー
ムは、制御アームの柔軟な複数の端部分が、このクラッ
チの中のポンプ・プレートの複数の穴（オリフィス）の
覆いとなるように、制御シャフトに固定されている。制
御シャフトに固定されたスプリングは、制御アームが閉
じられた位置にあるとき、ポンプ・プレートの複数の穴
（オリフィス）と向かい合っている複数の端部分に対し
て力を加えて、封止状態を維持する。

本発明、および、本発明がどのように実施されるかは、
これ以降の説明で、とりわけ添付されている、複数の図
面で説明されている。

第１図は多数羽根付きファンとクラッチとのアセンブリ
を示していて、この図の中では、エンジンの冷却流体が
循環させられている乗り物のラジエーター（図の中に示
されていない〉のコーアの中を通っている冷却空気を図
示するために、総体的にｌＯで示されている。ファンと
クラッチとのアセンブリ１０は、内側端が従来のエンジ
ンで駆動されるウォータ・ポンプ・プーリー（図には示
されていない）に固定されることのできるフランジ１４
の中で終端し回転可能に駆動されるシャフト１２の外側
端上に取付けられている。ファンとクラッチのアセンブ
リＩＯは、軸受けｌ８によりシャフトｌ２上で回転する
ために、中央部に取付けられている、総体的に１６で示
されている窪みのついた本体を含んでいる。この本体ｌ
６は、放射状に伸びている複数のボス２０で構威されて
いて、ボス２０には、多数羽根を付けたファン２２（第
１図には、部分的に示されている）が、複数のねじ付き
のボルト２４によって取付けられている。アセンブリ１
０によって蓄えられている粘性流体からでる熱を消散さ
せるために、複数のフィン２６が、本体ｌ６の外側表面
上に付けられている． 総体的に３０において示されているカバー・プレートは
、以下に説明されているように、ひとつのハウジングお
よびリザーバ−（貯液槽）として機能するように、本体
ｌ６の餌面に取付けられていて、本体と一緒に作動する
。このカバー・プレート３０は、窪みのついている部材
で、その環状の外側縁３２は、本体ｌ６の材料から外側
に延びた環状の保持リップによって、本体１６に固定さ
れている。環状の封正装２３６、たとえば、適所に或形
されたガスケットが、アセンブリＩＯの内部から流体が
漏れるのを防ぐために、縁３２と本体１６の前面との間
に置かれている。複数のフィン３７が、流体から伝達さ
れた熱を放散させるために、カバー・プレート３０の外
側表面の上につけられている。

カバー・プレート３０の背後に配置されているのは、総
体的に３８において示されている、ディスクの形をして
いる環状のポンプ・プレートで、その直径はカバー・プ
レート３０の直径より、若干小さい。ポンプ・プレート
３８は、カバー・プレート３０により本体１６の環状の
肩部３９　（図２を参照）上に閉じ込められているので
、本体１６に、駆動的に、固定されている。

ポンプ・プレート３８は、その中心部分に与えられてい
る、全く正反対の一対の通路、即ち、一対のゲー｝４０
を有している。一対のゲート４０は覆いが外されている
ときには、ポンプ・プレート３８と、クラッチ・プレー
ト４２と、デイバイダー・リング４３とによって構威さ
れ、かつ、境界がつけられているコレクティング・チャ
ンバー４１の中に、流体が流入できる仕掛けになってい
る。クラッチ・プレート４２は、中央の開口部の（でき
れば、キー溝のついた、または、表面にぎざぎざの付い
たものが望ましい）シャフト１２の上に取付けられてい
て、下に述べられているように、本体ｌ６、および、そ
れに取付けられているフ１ン２２を液圧によって駆動す
るために設けられている。できれば、テフロン（Ｒ．Ｔ
．Ｍ．）で作られているものが望ましい。リング４３は
、クラッチ・プレート４２の、外側前面の環状の溝４４
の中に取付けられていて、下に説明されているように、
ポンプアウト、即ち、クラッチの切れ（ｃｌｕｔｃｈ　
ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）を改善する。

第２図に示されているように、回転するアセンブリ１０
の遠心力は、コレクティング・チャンバー４１の中の流
体を、方向を示す矢印４５で示されている放射状の方向
に流す。この放射状に流れる流体は、コレクティング・
チャンバー４１の下の部分に到達したとき、方向を示す
複数の矢印４６において示されている、軸に沿った流体
の流れの方へ向きを変えられて、クラッチ・プレート４
２の中の、よく知れている複数の通路４７を通って、ク
ラッチ・プレート４２の背面に形威されている同心円の
環状に隆起した複数のランドと、それらに対して相互補
完的に本体１６の内部表面上に形威されている同心円の
環状に隆起した複数のランドとの間の複数の溝と複数の
スペースとによって形威されている環状の蛇行している
流体剪断域４８の中へ流される。

この剪断域４８の中で剪断された流体は、回転的に駆動
されるクラッチ・プレート４２からの入力トルクを伝え
て、冷却ファンを動かすために、本体１６およびそれに
取付けられている羽根つきファン２２を液圧によって駆
動する。クラソチ・プレート４２と本体ｌ６との間にす
べりが起こるため、ファンのスピードは、常にシャフト
１２からの入力スピードより低い。

方向を示す矢印５２において示されている流体は、遠心
力によって放射状に外側の方向に向きを強制されて、剪
断域４８を追い出されて、ポンプ・プレート３８と、ク
ラッチ・プレート４２と、ディバイダー・リング４３と
によって形威されかつ境界が定められているポンビング
・チャンバー５４の中へ送り込まれる。

円筒状に突出しているワイパー５６が、ポンププレート
３８の周辺の近くのポンプ・プレート３８の中に圧入さ
れて、ボンピング・チャンバー５４の中に突き出る。こ
のワイパー５６は、方向を示す矢印５８によって示され
ている流体を、ポンピング・チャンバー５４から、ポン
プ・プレート３８に形威されている排出用オリフィス（
穴）５９を通過させて、液体リザーバー（貯液槽）　６
０の中へ、この技術ではよく知られている方法で送り込
む。この他の実施例においては、ワイパー５６は、他の
形状を有することができるし、または、ポンプ・プレー
ト３８とは、別個に戒形して、何らかの適当な手段で、
それに固定することができる。

カバー・プレート３０とポンプ・プレート３８との間に
形戒されているリザーバー（貯液槽）は、ある決められ
た量の粘性流体を含有している。コレクティング・チャ
ンバー４１への流体の供給量を制御するために、複数の
ゲート４０に覆いをっけたり、覆いを外したりする作業
は、総体的に６１において示されている、制御アームに
よって与えられる。図示されているこの実施例において
は、制御アーム６１は、平らな中央部分６２と、対向し
て位置している平ら，なウィング６３とを有する可撓性
の中央が皿状に窪んだ縦部材であり、中央部分６２とウ
ィング６３は、ポンプ・プレート３８の縦断面に対して
、相互補完的に働く縦断面を形或するように、それぞれ
が傾斜壁（ランプ・ウォール）６４によって接続されて
いる。制御アーム６１は、駆動的には、次に説明されて
いるように、総体的に６６において示されている制御シ
ャフトに接続されている。制御シャフト６６は、カバー
・プレー｝３０の中央部分の中に形威されている管状の
ハブの部分６８の中に、回転できるように取付けられて
いる。０リング・シール７０は、制御シャフト６６の中
の環状？ａ７１の中に取付けられていて、流体がアセン
ブリ１０の外部へ漏れるのを防ぐため、ハブの部分６８
の内側の壁の周表面とぴったり接触している。

総体的に７２（第ｌ図）において示されている、ら旋形
状に巻かれているバイメタル・サーモスタット弁制御部
材は、制御シャフト６６の前方端の中に形威されている
（第４図と第５図とに最もよく示されている）横溝の中
に取付けられている内側の端部７４と、カバー・プレー
ト３０の中に形威されている保持タブ８０の中に取付け
られている外側の端部７８とを含んでいる。できれば、
弁制御部材７２は、ハブの部分６８を取り巻いている一
個の窪み８２の中に設けたほうがよい。この構造によっ
て、周囲の空気の温度の上昇または減少により、弁制御
部材７２が曲・げられたり、伸ばされたりするので、そ
の結果、制御シャフト６６、および、それに取付けられ
ている制御アーム６１が回転させられる．制御アーム６
１は、第１図および第２図においては、複数のウィング
６３が複数のゲート４０を覆っている、閉じられた位置
で図示されている。弁制御部材７２が加熱によって膨張
すると、制御シャフト６６および制御アーム６１が、こ
の技術でよく知られている方法で、複数のウィング６３
が複数のゲー｝４０の覆いを外すように、一方向に回転
する。弁制御部材７２が冷却によって縮小すると、制御
シャフト６６および制御アーム６１は、複数のウィング
６３が複数のゲート４０に覆いを被せるように、前とは
反対の方向に、回転する。

総体的に８４において示されているスプリングは、制御
アーム６１の背面に圧力を掛けるために、制御アーム６
１の近くに取付けられている。できれば、スプリング８
４は、鋼材か、または、その他の適当な弾性材料で作ら
れた可撓性の縦部材が望ましい。各図に示されている実
施例において、スプリング８４は実質的に平らな中心部
分８６と、対向して位置しているアーチ型の複数の部分
８８と９０とを含んでいる。平らな部分８６は、制御ア
ーム６１の中心部分６２の前表面に対向して配置されて
いて、アーチ型の複数の部分８８および９０は、方向を
示す複数の矢印９１　（第４図）によって示されている
スプリングの力を、複数のウィング６３に与えている。

平らな部分８６の中の穴９２は、制御シャフト６６の背
面端上に備えられている、マウンティング・スタソド９
４を受け入れる。このマウンティング・スタッド９４は
、また、制御アーム６１の中心部分６２の中の中心穴９
５の中に挿入される。マウンティング・スタッド９４は
、制御アーム６１およびスプリング８４の双方を、固定
的に保持するために、表面にねじが切られている。制御
シャフト６６が、バイメタル弁制御部材７２の曲がりと
伸びの運動によって、回転させられると、制御アーム６
１とスプリング８４は、同じ方向に一緒に回転する。そ
の他の実施例においては、どんな適当な手段でも、たと
えば、リベソト締めでも、制御アーム６１およびスプリ
ング８４を制御シャフト６６に保持するために、利用す
ることができる。

スプリング８４の厚さは、第ｌ図および第２図に示され
ているように、制御アーム６１とカバー３０との間にフ
ィットするように充分薄くなければならない。さらに、
それぞれのアーチ型部分の８８と９０の半径は、制御ア
ーム６１とカバー３０との間の隙間によって、限定され
る。できれば、平らな部分の８６の幅は、実質的に、制
御アーム６１の幅に等しいことが望ましい。

それぞれのアーチ型部分の８８と９０は、制御アーム６
１から遠ざかる方向に曲げられていて、それぞれの接触
面９６と９８において終端する。

もし、望まれるならば、接触面９６と９８は、それぞれ
の図面において示されているように、制御アーム６１か
ら端を巻き上げることができる。できれば、それぞれの
アーチ型の部分８８と９０の幅は、スプリング８６の重
量を減らし、また、接触面９６と９８の面積を減らすた
めに、平らな部分８６の幅より狭いことが望ましい。そ
れぞれのアーチ型の部分８８と９０の長さと半径は、そ
れぞれの接触面９６と９８とが、制御アーム６１が閉し
られた位置にあるとき、ポンプ・プレート３８の中のそ
れぞれのゲート４０と、直接、向き合うことができるよ
うな、長さと半径である。それぞれの接触面９６と９８
とによって与えられる力９１は、以上に説明されている
ように、制御アーム６１と制御シャフト６６とが、バイ
メタルの弁制御部材７２の曲がりと伸びの運動に反応し
て、制御シャフト６６の長さ方向の軸に沿って、ハブ部
分６８の中でスライドするとき、制１卸アーム６１と制
御シャフト６６とが，長さ方向の位置にある間は、複数
のゲート４ｏにある複数のウィング６３によって、封止
状態を維持する。複数のウィング６３は、その封止カが
複数のウィング６３と複数のゲート４０との間で有効で
あるためには、複数の接触面９６と８０とによって掛け
られるスプリング力９１に反応して、（第４図のファン
トム・ラインで示されているように）可撓性と湾曲性に
優れていなければならない。

制御アーム６１が制御シャフト６６によって回転させら
れて、開いた位置にあるとき、それぞれの接触面９６と
９８の面積が減少するから、ポンプ・プレート３８に対
する抗カ（ｄｒａｇ）は最低限に押さえられて、それに
よって、スプリング８４がアセンブリ１０を通る流体の
流れに与えるヒステリシス効果を、最小限に押さえる。

本スプリング８４の各種の縦断面および形状が、本発明
の範囲内にあることは理解されている。さらに、本スプ
リング８４は、バイメタル弁制御部材７２以外の手段に
よる制御アーム６１を作動させる、ファン・クランチの
中に組み込むことができる。たとえば、電磁アセンブリ
は、制御アーム６１とスプリング８４を回転させるため
に、利用することができる。

本発明は好適な実施例に関連して説明されてきたが、本
発明の範囲は、付属クレームの範囲によって決定される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は閉じられた位置で描かれている本発明の、事前
にスプリング力が掛けられている制御アームを全体の一
部として備えている、粘性流体ファン・クラソチおよび
羽根のアセンブリ　（組立品）の断面図である。 第２図は第１図のクラッチ・アセンブリの一部分の拡大
図で、この拡大図の中では、一個のポンピング・チャン
バーから一個のポンプ・プレート穴までの流体の流れを
示すために、ポンプ・プレートが回転させられている。 第３図は制御アームの分解・組立・透視図で、スプリン
グと制御シャフトは、図を明確にするために、第１図お
よび第２図のクラッチ・アセンブリから、取り外されて
いる。 第４図は、第３図の制御アーム、スプリング、制御シャ
フトの組立・側面図である。 第５図は第３図および第４図の制御アーム、スプリング
、制御シャフトの組立・透視図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ４０−・−　ゲート ５９−・・・−オリフィス ６１・・−・制御アーム ６２・・−−−−一平らな中央部分 ６３−・−・ウィング ８　４−・−スプリング部材 ８８．９０−・・−　アーチ型部分 ９６．９８・−・一接触面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、付属ファンの速度を変えるための粘性流体クラッチ
   の中の流体の流れを制御するためのアセンブリであって
   、そのクラッチは、流体リザーバーを剪断域から分離す
   るためのポンプ・プレートと、そのポンプ・プレートの
   中にオリフィスとを含み、そのアセンブリは：（ａ）そ
   のクラッチの中に取付けられている、回転できる制御シ
   ャフトと； （ｂ）そのシャフトに連結されている制御シャフトを選
   択的に回転させるための手段と； （ｃ）制御シャフトに駆動的に連結されている中央の平
   たい部分と、流体がオリフィスを通って流れるのを防ぐ
   ために、制御シャフトの回転によりポンプ・プレートの
   オリフィスを選択的に塞ぐために、ポンプ・プレートに
   対してスライドできる、可撓性のある平らな端部分とを
   有する回転できる制御部材とから成り、 その回転できる制御部材は、制御アーム（６１）であり
   、可撓性の平らな端部分は、制御アーム（６１）の端部
   分（６３）であり、そのアセンブリは、制御シャフト（
   ６６）に駆動的に連結されている平らな中央部分（６２
   ）と、ポンプ・プレートのオリフィス（５９）と直接向
   かい合っている制御アーム（６１）の端部分（６３）と
   接触して置かれその端の幅接触面積が小さくなっている
   部分（９６、９８）で終端している可撓性のアーチ型の
   部分（８８、９０）とを有する回転できるスプリング部
   材（８４）を含み、その端部分（６３）がオリフィス（
   ４０）を覆うように制御アーム（６１）が回転させられ
   たときに、制御アーム（６１）の可撓性端部分（６３）
   によりそのオリフィスの封止を維持することができるこ
   とを特徴とする粘性流体クラッチの中の流体の流れを制
   御するためのアセンブリ。 ２、ポンプ・プレートのオリフィスは、正反対の方向に
   位置している一対のポンプ・プレートのオリフィス（４
   ０）であり、制御アーム（６１）の可撓性の平らな端部
   分（６３）は、お互いに、正反対の方向に位置して設け
   られていることを特徴とする請求項１記載のアセンブリ
   。