JPH10281187A

JPH10281187A - 流体継手装置

Info

Publication number: JPH10281187A
Application number: JP10086715A
Authority: JP
Inventors: Gerald Marion Light; マリオンライトジェラルド
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1998-10-20
Also published as: US5893442A; DE69800206D1; DE69800206T2; EP0870943A1; BR9801906A; EP0870943B1

Abstract

(57)【要約】【課題】非常に低いアイドル速度を周期的に必要とす
る重積載用大型車両に適合する形式の改良された粘性流
体継手装置を提供すること。【解決手段】カバー部材49を有する入力継手部材35に
流体貯蔵室51を形成し、カバー部材は、弁アーム55によ
り流れが制御される充填ポートを有し、入力継手部材は
ハウジング部材とカバー部材からなる出力継手部材と協
動して、流体作動室47を形成する。流体は、流体作動室
47から通路63,65,を通り、流体継手装置11の回転軸上に
配置され、かつカバー部材49の中央開口を貫通する円筒
部分によって形成される通路67に放出される。回転軸位
置において、放出流体は流体貯蔵室51に戻され、車両用
エンジンとファン駆動装置が長期間停止後において、流
体が貯蔵室51から作動室47内にブリードバックされない
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラジエータ用冷却
ファンを駆動するための粘性ファン駆動装置、特に、重
積載用大型車両に適合して用いられるファン駆動装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】粘性流体継手は、長い年月に渡って、内
燃エンジンのラジエータ用冷却ファンを駆動するための
ファン駆動装置として使用されてきた。粘性流体継手を
用いる第１の理由は、ファンを機械的に、かつ直接駆動
するよりもむしろラジエータ用の冷却ファンによって消
耗されるパワー出力を減少できることである。

【０００３】粘性ファン駆動装置は、自動車に使用さ
れ、また最近では軽トラックにも使用されている。いず
れの場合でも、当業者には良く知られるように、粘性フ
ァン駆動装置は、車両の進行方向に向いた軸線に沿って
配置される縦置きエンジンにのみ使用される。

【０００４】一般的に、ディーゼルエンジンを備えてい
るクラス８に対応するトラック等の大型車両では、空気
圧作動の摩擦クラッチ等のオンオフクラッチによって駆
動されるラジエータ用冷却ファンを利用してきた。この
ようなクラッチでは、入力がＯＮのときの速度で出力が
駆動されるかあるいは切り離され、また入力がＯＦＦで
は全く駆動されない。

【０００５】このようなオンオフクラッチは、大型車両
においては一般的に満足されるものであったが、それで
もクラッチ固有の制限を備えている。それは、ファンを
作動させるために十分な入力速度ではないが、入力速度
に対する出力速度の比においてほぼ制御可能な状態にあ
る作動条件である場合、ラジエータ用冷却ファンを「調
整(modulate)」できることが、自動車製造業者及びドラ
イバーにとって望ましいと思われている。

【０００６】このような調整は、摩擦係合式のオンオフ
クラッチでは容易に行うことができない。しかしなが
ら、このような調整は、粘性継手を用いると容易に行う
ことができる。

【０００７】また、自動車製造業者及びドライバーにと
って、ファン駆動装置の制御は、オープン−ループ型で
あることが望ましいと思われている。この形式では、実
際のファン速度が監視されかつ制御をフィードバックす
る入力を使用するクローズド−ループ型に比較して、入
力速度に対するファン速度の比の選択を、比較的安いア
クチュエータによって行うことができるからである。ま
た、粘性流体継手は、このようなオープン−ループ制御
に特に適している。

【０００８】しかし、残念なことに、従来の粘性ファン
駆動装置は、いくつかの理由により、重積載用大型車両
に対してうまく適合するものではなかった。それは、第
１に、一般的に商業的な粘性ファン駆動装置は、大部分
のファン駆動装置に利用できるような出力速度で回転す
る流体貯蔵室を備えている。しかし、重積載用大型車両
では、非常に低いアイドル速度を必要とし、粘性ファン
駆動装置において、出力部材（および流体貯蔵室）が非
常にゆっくりと回転すると、当業者に良く知られている
ように、ファン駆動装置は、粘性流体を介してクラッチ
係合した作動を達成することが非常に難しくなる。

【０００９】第２に、従来の商業的な粘性ファン駆動装
置は、大型車両内のラジエータを冷却するのに必要とさ
れる、大きくて重量のあるファンを駆動するために適用
できるように作られていなかった。これは、従来例のフ
ァン駆動装置を、エンジンのウォータポンプから伸びる
軸上に設けたかみ合いフランジに入力軸フランジを取り
付ける従来のファン取付方法において当てはまる。この
結果、ファン駆動装置は、片持ち式に取り付けられ、実
質的にオーバーハング(overhung)荷重となる。このよう
な取付構造は、小型自動車のファン駆動装置の場合に受
け入れられるが、クラス８に対応するトラックに適合す
る、より大きなファン駆動装置の場合には全体として不
適格である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、非常に低いアイドル速度を周期的に必要とする
重積載用大型車両に適合する形式の改良された粘性流体
継手装置を提供することである。

【００１１】また、本発明の別の目的は、上記目的を達
成するとともに、重積載用大型車両に必要とされる比較
的大きくかつ重量のあるファンを駆動できる改良された
粘性流体継手装置を提供することである。

【００１２】本発明の更なる目的は、トラック用ファン
駆動装置が調整能力を有し、かつオープン−ループ形式
で制御できる改良された粘性流体継手装置を提供するこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は各請求項に記載の構成を有している。本発
明の流体継手装置では、回転軸を定める第１回転継手部
材と、この第１回転継手部材と組み合って流体作動室を
形成する第１包囲体手段と、流体作動室内に配置された
第２回転継手部材と、この第２回転継手部材と組み合っ
て流体貯蔵室を形成する第２包囲体手段と、前記流体作
動室と連通し、第１，第２回転継手部材の間に形成され
る粘性剪断空間と、第２回転継手部材に入力トルクを伝
達する入力軸手段と、第２包囲体手段に形成される流体
充填ポートと、この流体充填ポートを通る流体の連通を
阻止する第１位置と流体充填ポートを介して流体貯蔵室
から流体作動室に流体を連通させる第２位置との間を移
動可能な弁アームと、この弁アーム及び前記入力軸手段
と連動し、入力信号に応答して前記第１，第２位置間で
弁アームを移動させるアクチュエータ手段と、第１回転
継手部材に設けられかつ第１，第２回転継手部材との間
の相対回転に応じて流体作動室から流体貯蔵室に流体を
送り出すポンプ手段とを備えている。

【００１４】そして、この装置の改良された構成は、弁
アームが、流体貯蔵室内に配置されかつ前記回転軸の回
りに回転可能とされ、また、ポンプ手段が、第１回転継
手部材と第１包囲体手段からなる組立体内に設けられ、
前記流体作動室に隣接する外周部から回転軸に対して並
置された位置にある流体貯蔵室に流体を連通する放出通
路を形成していることを特徴としている。

【００１５】本発明の別の構成によれば、粘性流体継手
装置は、さらに、第２回転継手部材に固定されて共転可
能な１つの入力軸手段と、車両用エンジンに対して固定
される取付ブラケットと、この取付ブラケットと前記入
力手段の間に配置される軸受手段とを備えていることを
特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の構成を制限するもので
はなく、粘性ファン駆動装置（粘性流体継手装置）及び
そのブラケット取付構造を示しており、これらの装置
は、クラス８に対応するトラック等の車両に使用される
ディーゼルエンジンのためのラジエータ用冷却ファンと
して、特に、重積載用大型車両に適合している。

【００１７】図１に示したこの粘性ファン駆動装置は、
粘性流体継手１１、入力軸駆動用のプーリ部材１３、及
び取付ブラケット組立体１５を含んでいる。しかし、あ
る場合には、図１に示す全体構造を、以下の説明、また
特許請求の範囲の記載において粘性流体継手装置ともい
う。

【００１８】取付ブラケット組立体１５は、図示しない
エンジンのシリンダブロックに一般的にボルトで固定さ
れるブラケット部分１７を有する。この組立体１５は、
また、好ましくは、ブラケット部分１７と一体構成のほ
ぼ円筒状の入力軸支持部分１９を有している。

【００１９】この支持部分１９内には、一対の軸受セッ
ト（軸受手段）２１，２３が設けられ、これらの軸受セ
ットは、その間に適当なスペーサを備えている。また、
入力軸２５（入力軸手段）が軸受セット２１，２３によ
って回転可能に支持されており、軸受セット２１，２３
は、この入力軸の後側部分に配置されている。

【００２０】入力軸駆動用のプーリ部材１３は、ほぼ円
筒形のベルト係合部分２７を有し、このベルト係合部分
は、入力軸支持部分の一部の回りを取り巻くように配置
され、比較的に取付ブラケット組立体１５をコンパクト
に包囲している。さらに、プーリ部材１３は、入力軸２
５の中間部分の回りに配置されたハブ部分２９を有して
おり、このハブ部分は前側軸受セット２１の間近に配置
され、入力軸２５の外周回りに、ローリング作業または
従来公知の他の適当な手段によって形成された形成され
た一組のセレーション３１上に圧入されている。入力軸
２５は、以下に記載する機能を有する前側に設けた一組
のセレーション３３を備えている。

【００２１】粘性流体継手１１（ファン駆動装置）は、
入力継手部材（第２回転継手部材）３５を有し、この入
力継手部材は、本形態では、アルミニウム材料のダイカ
スト部材からなり、その径方向内周部分には鋼製のイン
サート部材３７（図２参照）を含んでいる。このインサ
ート部材は、前側のセレーション３３に圧入され、めね
じを有するナットによって固定されている。粘性流体継
手１１は、ダイカスト製のハウジング部材（第１回転継
手部材）４１、カバー部材（第１包囲体手段）４３から
なる出力継手部材を含んでいる。部材４１と部材４３
は、組立体として従来公知の方法で、外周部分が一体に
固定されている。図１に概略的に示されたラジエータ用
冷却ファンＦが適当な方法でカバー部材４３に取付けら
れている。

【００２２】入力軸２５の前側部分は、ハウジング部材
４１の内径部に位置する２連のボール軸受組４５の内側
レースとして機能する。ハウジング部材４１とカバー部
材４３は、協動して流体作動室４７を形成する。こうし
て、入力継手部材３５が流体作動室４７内に配置され
る。

【００２３】入力継手部材３５は、好ましくはプレス部
品からなるカバー部材（第２包囲体手段）４９を有して
おり、入力継手部材３５の前側表面にこのカバー部材４
９の外周部が転造作業により保持される。入力継手部材
３５の半径方向内側部材は、カバー部材４９と協動して
流体貯蔵室５１を形成する。それゆえ、この粘性流体継
手１１は、貯蔵室内蔵式クラッチ(reservoir in clutc
h) の形式となる。カバー部材４９は、この分野の当業
者によって良く知られているように、弁アーム５５によ
って選択的に開閉される流体充填ポート５３を形成す
る。

【００２４】弁アーム５５は、回転式であり、本形態で
は、入力軸２５によって形成される円筒開口を貫通する
弁軸（シャフト部材）５７によって回転する。弁軸５７
は、この軸の前端に固定された弁アーム５５を有し、こ
のアームと一体に回転する。

【００２５】弁アーム５５と弁軸５７の回転は、概略的
に符号５９で示す適当な回転アクチュエータによって達
成されるが、これは、本発明のアクチュエータ手段の一
部を形成するにすぎない。一般的に、アクチュエータ５
９は、図１で一対の電気リード線６０により表された電
気入力信号の変化に応じて作動する電磁コイル５９ｃを
含んでいる。したがって、弁軸５７とアクチュエータ５
９によりアクチュエータ手段を構成する。

【００２６】しかし、本発明は、特定のアクチュエータ
構造に制限されるものではない。当業者には理解できる
ように、充填ポート５３及び弁アーム５５は、一般的に
公知の構造であれば良く、これらの構造は、回転アクチ
ュエータ５９によって弁軸５７及び弁アーム５５に与え
られる回転量を決定する。

【００２７】入力継手部材３５は、公知のように、ハウ
ジング部材４１の隣接表面と協動する後側表面に複数の
指状突起のランド部と複数の溝を形成する。また、入力
継手部材３５の前側表面にも、同様に、カバー部材４３
の隣接表面と協動する複数の指状突起のランド部と複数
の溝を形成している。いずれの場合においても、ランド
と溝は、その間に曲がりくねった粘性剪断空間４７ａを
形成し、以下の記載では、流体作動室４７としても示さ
れることになる。

【００２８】ハウジング部材４１とカバー部材４３は、
協動して入力継手部材３５の最外周部の回りに隣接配置
されたポンプ手段６１を形成する。流体作動室（粘性剪
断空間）４７の外周部から吐出または排出される流体
が、ある角度で傾斜する通路６３によって半径方向内方
に伸びる通路６５に連通している。

【００２９】図２において、半径方向通路６５は、短い
軸方向伸長通路６７に連通するまで、内方に伸びてい
る。この通路６７は、カバー部材４３から後側に突出す
る略円筒部分６９によって部分的に形成されている。こ
の円筒部分６９は、軸方向伸長通路６７が入力継手部材
１１の回転軸Ａ、プーリ部材１３及び入力軸２５に対し
てほぼ同心に配置されかつ並置されるように設けられて
いる。こうして、通路６３，通路６５，通路６７は、流
体貯蔵室４７に流体を連通させるための放出通路を構成
する。

【００３０】好ましくは、円筒部分６９は、十分な距離
を取って後側に伸びておりカバー部材４９に形成された
円形の中央開口７１を貫通している。その結果、流体作
動室４７の外周部から排出される流体は、通路６３，６
５を通って流れ、さらに、通路６７を軸方向に流れて回
転軸Ａ上にある流体貯蔵室５１に入る。この流体は、半
径方向外側に流れて流体貯蔵室５１の外周回りに流体メ
ニスカス(meniscus)を形成する。この位置にある流体
は、充填ポート５３が弁アーム５５によって閉鎖されな
い間、毛細管現象により充填ポート５３を通って、流体
作動室４７へと排出される。

【００３１】こうして、本発明は、流体貯蔵室内蔵式ク
ラッチを有し、かつ非常に低いアイドル速度を必要とす
る重積載車両に好適な流体継手装置を提供する。貯蔵室
５１は、入力速度手段で常時回転しているので、ファン
駆動装置の出力が、非常に低い速度で作動を継続してい
た後でさえも、弁アーム５５を作動し、その結果、早く
回転する貯蔵室５１からよりゆっくりと回転する作動室
４７に比較的急速に流体が流れる。

【００３２】従来の流体貯蔵室内蔵式のクラッチ装置の
１つの問題点は、流体が「ブリードバック(bleed back)
する傾向があり、ファン駆動装置が停止中に貯蔵室から
作動室へ流体が流れる。こうして、車両の長時間運転停
止後に、エンジンを最初に始動した時、作動室内に含ま
れた流体によって早朝時に冷えたブレーキが効力発揮す
るモーニングシックネスの問題を導く。また、エンジン
の始動時に冷却する必要がないのに、ファンが必要以上
の高い速度で回転する場合も起こる。

【００３３】このような状態は、実質的にエンジン出力
を浪費することにより起こり、好ましくない騒音を出
す。本発明の第１の重要な特徴は、流体の放出及び戻り
流路によって従来の流体貯蔵室内蔵式クラッチの設計に
おける欠点を解消することである。通路６７と円筒部分
６９の配置構成によって、ファン駆動装置１１の回転方
向に係わらず、エンジンが長時間運転停止状態にあると
き、流体は、貯蔵室５１内に残り、この貯蔵室５１から
作動室４７に戻るようにする流路は形成されない。上記
の点は、ファン駆動装置内の流体がすべて貯蔵室にあ
り、かつファン駆動装置が停止中にあるとき、流体レベ
ルが円形開口７１よりも下方にあるように貯蔵室５１の
大きさが定められている場合に当てはまる。

【００３４】当業者であれば良く理解できるように、放
出流体が、回転軸に対してほとんど半径方向内方に排出
される事実によって、利用されるポンプから吐き出す装
置は、流体をかなり有効に排出できるようになる。しか
し、適切な効率の良いポンプ排出装置は、当業者レベル
の範囲内にあると思われている。

【００３５】本発明は、上記のように構成したことか
ら、流体は、流体作動室からポンプ手段を介して放出通
路を通り、流体継手装置の回転軸上に配置され、かつカ
バー部材の中央開口を貫通する円筒部分によって形成さ
れる通路に放出されるので、回転軸位置において、放出
流体は流体貯蔵室に戻され、その結果、車両用エンジン
とファン駆動装置が長期間停止後において、流体が貯蔵
室から作動室47内にブリードバックしないようにするこ
とができる。

【００３６】これまで本発明の実施の形態に関して説明
してきたが、本発明の種々の変更及び修正が当業者にと
って可能であり、これらの変更及び修正は、本発明に含
まれるものであり、添付された特許請求の範囲またはそ
の技術的思想においてのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る粘性流体ファン駆動装置
とそのための取付ブラケットにおける軸方向断面図であ
る。

【図２】図２は、本発明の１つの特徴を示す図１と同様
の拡大した部分軸方向断面図である。

【符号の説明】

２５入力軸３５入力継手部材４１ハウジング部材４３カバー部材（第１包囲体手段）４７流体作動室４９カバー部材（第２包囲体手段）５１流体貯蔵室５３流体充填ポート５５弁アーム５７軸方向伸長通路５９円筒部分６０入力信号６１ポンプ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 ＥａｔｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸(A) を定める第１回転継手部材(41)
と、この第１回転継手部材(41)と組み合って流体作動室
(47)を形成する第１包囲体手段(43)と、前記流体作動室
(47)内に配置された第２回転継手部材(35)と、この第２
回転継手部材(35)と組み合って流体貯蔵室(51)を形成す
る第２包囲体手段(49)と、前記流体作動室と連通し、前
記第１，第２回転継手部材の間に形成される粘性剪断空
間(47a) と、前記第２回転継手部材(35)に入力トルクを
伝達する入力軸手段(25)と、前記第２包囲体手段(49)に
形成される流体充填ポート(53)と、この流体充填ポート
(53)を通る流体の連通を阻止する第１位置と前記流体充
填ポート(53)を介して前記流体貯蔵室(51)から流体作動
室(47)に流体を連通させる第２位置との間を移動可能な
弁アーム(55)と、この弁アーム(55)及び前記入力軸手段
(25)と連動し、入力信号(60)に応答して前記第１，第２
位置間で前記弁アーム(55)を移動させるアクチュエータ
手段(57,59) と、前記第１回転継手部材(41)に設けられ
かつ前記第１，第２回転継手部材(41,35) との間の相対
回転に応じて前記流体作動室(47)から前記流体貯蔵室(5
1)に流体を送り出すポンプ手段(61)と、を備えている形
式の流体継手装置において、(a) 前記弁アーム(55)が、
前記流体貯蔵室(51)内に配置されかつ前記回転軸(A)の
回りに回転可能とされ、(b) 前記ポンプ手段(61)が、前
記第１回転継手部材(41)と第１包囲体手段(43)からなる
組立体(41,43) 内に設けられ、前記流体作動室(47)に隣
接する外周部から前記回転軸(A) に対して並置された位
置にある前記流体貯蔵室(51)に流体を連通する放出通路
(63,65,67)を形成していることを特徴とする流体継手装
置。
【請求項２】アクチュエータ手段(57,59) は、弁アーム
(55)に固定された回転可能なシャフト部材(57)を含み、
かつ第１回転継手部材(41)の回転軸(A) にほぼ一致する
回転軸を有していることを特徴とする請求項１記載の流
体継手装置。
【請求項３】アクチュエータ手段(57,59) は、さらに、
電気入力信号(60)に応答して前記シャフト部材(57)を回
転するための電磁コイル(59c) を含む形式であることを
特徴とする請求項２記載の流体継手装置。
【請求項４】第２包囲体手段(49)は、流体充填ポート(5
3)と、前記回転軸(A) の回りに同心に配置された中央開
口(71)とを形成するプレート状部材(49)を含み、前記組
立体(41,43) によって形成された放出通路(63,65,67)
は、前記中央開口(71)の間近に配置された放出開口を有
する軸方向伸長通路(67)を含んでいることを特徴とする
請求項１記載の流体継手装置。
【請求項５】第１回転継手部材(41)と第１包囲体手段(4
3)の組立体は、前記軸方向伸長通路(67)を形成する外側
に突出する略円筒部分(69)を含み、この略円筒部分(69)
は、軸方向に伸びて前記中央開口(71)内に延在し、前記
放出通路の開口は、流体貯蔵室(51)内に配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の流体継手装置。
【請求項６】第２回転継手部材(35)に固定されて共転可
能な１つの入力軸手段(25)と、車両用エンジンに対して
固定される取付ブラケット(15,17,19)と、この取付ブラ
ケットと前記入力手段(25)の間に配置される軸受手段(2
1,23) とを備えていることを特徴とする請求項１記載の
流体継手装置。
【請求項７】第２回転継手部材(35)と取付ブラケット(1
5,17,19)の間の軸方向に配置された位置に入力軸手段(2
5)に固定された部分を有するプーリ部材(13)を含んでい
ることを特徴とする請求項６記載の流体継手装置。