JPH0733854B2

JPH0733854B2 - 粘性流体クラッチのための予荷重された制御アーム

Info

Publication number: JPH0733854B2
Application number: JP2237291A
Authority: JP
Inventors: ジェー．ランバートハーヴェイ; シー．ケネディローレンス
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: GB9019016D0; GB2235751A; US4960191A; DE4028318A1; JPH03103625A

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。このファンとクラッチ・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、ポンピング・チャンバー
とを、リザーバー（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
体がリザーバー（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剪断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、ポンピング・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、流体はポンピング・チャンバーからリザーバー（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バイメタルの部
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が、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”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。

改善を追求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けられてい
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
して力を与えて、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10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10は、
軸受け18によりシャフト12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16は、放射状に伸び
ている複数のボス20で構成されていて、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10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16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
びリザーバー（貯液槽）として機能するように、本体16
の前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16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
状の封止装置36、たとえば、適所に成形されたガスケッ
トが、アセンブリ10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、一対のゲート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、ディバイダー・リング43とによって構成され、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16、および、それに取付けられ
ているファン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。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42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の背面に形成されている同心円の環状に隆起した
ランドと、それらに対して相互補完的に本体16の内部表
面上に形成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成
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。
クラッチ・プレート42と本体16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
成されかつ境界が定められているポンピング・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、ポンピング・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に形成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）60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、別個に成形
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との間に形成
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に覆いをつけたり、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
を形成するように、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・プレート30の中央部分の中に形成
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。Ｏリング・シール70は、制御シャ
フト66の中の環状溝71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１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の前方端の中に形成されている（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
中に形成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6
6、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61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が複数のゲート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61の近
くに取付けられている。できれば、スプリング84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
・スタッド94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95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61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
ット締めでも、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１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61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が閉じられた位
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、制御アーム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40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、
その封止力が複数のウィング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に対する抗力
（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・クラッチの中に組み
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・クラッチおよび
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……平らな中央部分 63……ウィング 84……スプリング部材 88,90……アーチ型部分 96,98……接触面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−176818（ＪＰ，Ａ) 特開平１−176820（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−318325（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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（40）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。