JPH11270593A - 流体継手アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのファンドライブに使用される水冷
式流体継手アセンブリにおいて、小型化を図るとともに
放熱性を改善して伝達トルク容量を高める。 【解決手段】 流体継手アセンブリ11は、流体継手43が
内燃エンジンのエンジンブロックＢによって形成される
冷却水キャビティＣ内に配置されている。この流体継手
43は、内部に出力継手部材55を配置した入力継手アセン
ブリ45を含み、これらの入出力部材が協働して、トルク
伝達能力を最高にする前後粘性剪断領域(61,65;63,67)
を形成する。入力継手アセンブリ45は、キャビティＣ内
に配置されてインペラブレード73を有する後側本体部材
49を含み、後側本体部材49がエンジンのウォータポンプ
として作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粘性流体継手に関
し、より具体的には、継手の係合または離脱が、入力信
号、一般的にはエンジン冷却水の温度を表す入力信号に
応答して制御される車両ラジエータ冷却ファンを駆動す
るために用いられる継手に関するものである。

【０００２】本発明が適用される一般的な形式の粘性流
体継手（粘性ファンドライブ）においては、入力軸が、
出力継手アセンブリ内に収容された入力継手部材（クラ
ッチ）を駆動し、粘性流体の存在により、その剪断抵抗
によってトルクが入力から出力へ伝達される。この継手
は、通常、粘性剪断室内の粘性流体の量を制御するある
種のバルブ機構を含み、これによって入力トルクおよび
速度に対す出力トルクおよび速度の比率を制御する。一
般的に、このバルブ機構は、リザーバと粘性剪断室（作
動室）との間に配置された注入ポートを開閉するように
移動可能なバルブ部材を備えている。

【０００３】当業者には公知のように、粘性剪断抵抗に
よる入力継手部材から出力継手部材へのトルクの伝達
は、相当な量の熱を発生する。そのような熱の大部分は
放散される必要があり、さもないと、ファンドライブが
作動している間、粘性流体が最終的に化学変化（長い重
合体連鎖が短い重合体連鎖に分解）して、トルク伝達能
力である流体の粘性が減少し始めるまで、粘性流体の温
度が上昇し続けることになる。

【０００４】当業者には公知のように、粘性流体継手等
の発熱装置の伝熱係数は、その装置が水に取り囲まれて
いる場合、空気に取り囲まれている場合の50倍程度大き
くなる。換言すると、粘性継手は、通常の構造において
車両ラジエータの空気流の後方に配置される代わりに、
水によって取り囲まれていれば、より多くの熱を放散す
ることができ、これによって、より大きなトルクを伝達
することが可能となる。

【０００５】本発明の譲受人に譲渡された米国特許第2,
838,244 号は、入力プーリ、粘性ファンドライブおよび
ラジエータ冷却ファンを含むファンドライブシステムを
開示しており、その開示内容は参考として本説明に含ま
れる。米国特許第2,838,244号のシステムにおいては、
粘性ファンドライブは、その一部が内燃エンジンのウォ
ータポンプキャビティ内に配置されている。通常の粘性
ファンドライブと異なり、米国特許第2,838,244 号のシ
ステムでは、外側継手部材が入力側で、その中に配置さ
れた継手部材がファンドライブの出力側を構成してい
る。外側継手部材の内部全体に常時粘性流体が満たされ
ており、伝達されるトルクは、出力継手部材の軸方向の
移動によって変化され、これによって粘性剪断領域が変
化する。この出力継手部材の移動は、ワックスピルによ
って温度変化に応答してなされる。入力継手アセンブリ
はインペラブレードを含み、入力継手アセンブリの後部
がエンジンウォータポンプインペラから構成されるよう
になっている。

【０００６】引用した特許の全体構造が粘性継手からの
熱放散を相当に改善することは、当業者には明らかであ
ろうが、出願人は、引用した特許の教示にしたがって製
造される粘性ファンドライブが実際には商業的に生産さ
れていないと考える。

【０００７】本発明の粘性流体継手は、本質的な特徴と
して水冷式であること、すなわち、エンジン冷却水の流
れによって冷却されることが理解されるべきであり、そ
して、「水（ウォータ）」および「冷却水」という用語
は、以下、相互に変更して使用可能であり、この流体の
具体的な組成は、本発明の本質的な特徴ではないことが
理解されるべきである。また、本発明は、粘性継手とウ
ォータポンプが組み合わされた場合に、特に有利なもの
となるので、このような実施形態に関して説明するが、
粘性継手がエンジンウォータポンプを含むことは、本発
明の本質的な特徴ではない。

【０００８】

【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、熱放散能力を相当に増大させ、これによって、
継手が、その寸法に対して可能なほぼ最高のトルクを伝
達できるようにする粘性流体継手を提供することであ
る。

【０００９】関連する本発明の目的は、所与のサイズの
継手に対して、従来技術の継手において可能なよりも、
比較的小さなパッケージからなり、結果として比較的小
さなリザーバを有する粘性流体継手を提供することであ
る。

【００１０】本発明の他の目的は、要求される出力トル
クに対して、より小さく、かつ、軽量で、「突出部分
（オーバーハング）」長さを相当に縮小することができ
る改良された粘性流体継手を提供することである。

【００１１】本発明の更なる目的は、従来技術の電気的
な制御よりも制御を簡素かつ安価にでき、従来のつなぎ
構造(tether arrangement)の必要性を解消する電気制御
式の改良された粘性流体継手を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記およびその
他の目的は、冷却水入口および冷却水出口を有するエン
ジン冷却水キャビティを形成するエンジンブロックを含
む形式の内燃エンジンとともに使用する本発明の流体継
手アセンブリの提供によって達成される。この流体継手
アセンブリは、少なくとも一部がエンジン冷却水キャビ
ティ内に配置された流体継手装置の入力継手アセンブリ
に入力トルクを伝達するための入力プーリを含んでい
る。この流体継手装置は、入力継手アセンブリ内に配置
された出力継手部材を含み、かつ、出力トルクをラジエ
ータ冷却ファンに伝達するように作動する手段を含んで
いる。この流体継手装置は、流体リザーバ室を形成し、
また、入力継手アセンブリおよび出力継手部材が協働し
て流体作動室を形成し、これによってトルクが作動室内
の粘性流体の存在に応答して入力継手アセンブリから出
力継手部材に伝達されるようになっている。入力プーリ
は、流体継手装置の前方に配置され、また、ラジエータ
冷却ファンは、入力プーリの前方に配置されている。

【００１３】本発明の改良された流体継手アセンブリ
は、バルブ手段が、流体リザーバ室を流体作動室から分
離するように配置されていることを特徴とする。このバ
ルブ手段は、流体入口ポートを形成し、また、流体入口
ポートを通る流体の流れを阻止する閉位置と流体リザー
バ室から流体作動室への流体の流れを許容する開位置と
の間で操作可能なバルブ部材を含んでいる。制御手段
が、入力信号に応答して作動して、バルブ部材を閉位置
と開位置との間で移動させる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を限定することを意図しな
い図を参照して、図１は、全体として符号11で示され、
内燃エンジンのエンジンブロックＢに組み付けられた流
体継手アセンブリの軸方向断面を示す。エンジンブロッ
クＢは、車両ラジエータ（ここでは図示せず）に向かっ
て配置された前面Ｆを形成している。エンジンブロック
Ｂは、さらにエンジン冷却水キャビティＣを形成してお
り、この冷却水キャビティＣは、本実施形態では、エン
ジンのウォータポンプキャビティを含んでいるが、この
ことは本発明の本質的な特徴ではない。本説明および特
許請求の範囲で使用される「エンジンブロック」という
用語は、実際のブロックだけでなく、ブロックに関連す
る第２のハウジング、あるいは、エンジンブロックに取
付けられた冷却水マニホールド等を含む意味であること
理解されたい。ここで使用される「冷却水」という用語
は、車両エンジン冷却水である必要はなく、単純にキャ
ビティＣを通して流れて、以下に説明される流体継手装
置のための冷却水として役立つ流体ということができ
る。

【００１５】冷却水キャビティＣは、一般的にウォータ
ポンプのインペラの回転軸となる回転軸A1を形成する。
エンジンブロックＢは、冷却水キャビティＣと連通する
冷却水入口Ｉおよび冷却水出口Ｏを形成し、冷却水出口
Ｏは、ここでは、冷却水キャビティＣに接続して径方向
外側に延びる２つの分離した冷却水通路として示されて
いる。キャビティＣ、入口Ｉおよび出口Ｏの特定の形状
は、本発明の本質的な特徴ではなく、また、ここに示さ
れるものは単なる例示に過ぎない。

【００１６】流体継手アセンブリ11は、エンジンブロッ
クＢの前面Ｆに、例えばボルト（ここでは図示せず）ま
たは他の適当な締結手段によって固定される略円筒状の
ハウジング部材13を含んでいる。ハウジング部材13は、
円筒状の軸支持部15を含んでいる。軸支持部15内には、
一対のボールベアリングセット17，19が配置されて、そ
の中で入力軸21が回転可能に支持されている。入力軸21
の前端（図１における左端）は、入力プーリ25に適当な
手段によって取付けられるインサート部材23にスプライ
ン結合されており、入力プーリ25は、ここでは一般的な
Ｖリブドベルト(poly V-belt) と共に使用するのに適し
たものとして示されている。

【００１７】インサート部材23の内径には、ボールベア
リングセット27が配置されて、その中に出力軸29が回転
可能に支持されている。出力軸29の前端には、ここでは
断片のみが示されるラジエータ冷却ファン33を取付ける
ためのファンハブ部材31がキーおよびキー溝等によって
取付けられている。入力軸21、プーリ25、出力軸29およ
び冷却ファン33が全て協働して、好ましくは冷却水キャ
ビティＣの回転軸A1とほぼ一致する回転軸A2を形成して
いる。

【００１８】ハウジング部材13内のベアリングセット19
のすぐ後方には、ハウジング部材13の後面にボルト留め
されて、これと協働してコイルキャビティ37を形成する
内側ハウジング部材35が配置されている。キャビティ37
内には、全体として符号39で示される電磁コイルが配置
され、そして、符号41で概略的に示され、電気的な信号
をコイル39へ伝達する導線がハウジング13の開口を通し
て径方向外側へ延びている。参照符号「41」は、以下、
入力信号自体をも表すものとする。コイル39の存在は、
本制御装置の重要な特徴であり、そして、この制御装置
は、本発明の全体において重大なものであるが、コイル
39の構造の詳細は本質的なものではなく、また、当業者
が本明細書を読んで理解したことに基づいて適当なコイ
ルアセンブリを選択することができることは、当業者で
あれば理解されるであろう。

【００１９】図１に示されるように、冷却水キャビティ
Ｃは、実際にはエンジンブロックＢおよびハウジング部
材13の両方によって形成されており、エンジンの通常の
運転中、冷却水（一般的には、水にエチレングリコール
を加えたもの）は、キャビティＣ全体を循環する。冷却
水キャビティＣ内には、全体として符号43で示される粘
性流体継手（ファンドライブ）が配置されている。主に
図２を参照するが図１とも関連して、継手43が幾分詳細
に説明され、ここに説明された詳細の多くは、本発明の
重要な特徴を含んでいる。継手43は、前側継手本体47お
よび後側継手本体49を有する全体として符号45で示され
る入力継手アセンブリを含んでいる。本説明および特許
請求の範囲で使用される「前」、「後」およびこれらと
同様な意味のものを含めた用語は、主に分かり易さのた
めに、車両上のエンジンブロックＢに対する方向を示し
ており、用語の限定を意味していないことは、当業者に
は理解されるはずである。

【００２０】入力継手アセンブリ45、明確には前側継手
本体47は、入力軸21に、インサート部材51によって共転
するように固定されており、インサート部材51は、好ま
しくは入力軸21の後端部に圧入されている。入力軸21と
出力軸29の後端部の間には、ニードルベアリングセット
53が配置されている。

【００２１】粘性継手43は、インサート部材57に取付け
られてこれと共転するように固定された出力継手部材
（クラッチ）55を含み、インサート部材57は、インサー
ト57と一体に形成されたキー57k を受入れる出力軸29の
キー溝58（図５参照）等の適当な手段によって、入力軸
29の後端部に取付けられている。インサート57の軸29か
らの軸方向の分離は、機械ねじ59等の適当な手段によっ
て防止することができる。これにより、出力継手部材5
5、インサート部材57、出力軸29、ハブ部材31および冷
却ファン33は、全て同速度で回転する。

【００２２】本発明の１つの重要な特徴によれば、出力
継手部材55は、複数の前部環状ランド61および複数の後
部環状ランド63（図５も参照）を形成している。前側継
手本体47は、係合する複数の前部環状ランド65を形成し
ているのに対して、後側継手本体49は、係合する複数の
後部環状ランド67を形成している。前部ランド61，65
は、交互に噛み合わされて前部粘性剪断室を形成し、後
部ランド63，67は、同様に交互に噛み合わされて後部粘
性剪断室を形成する。参照符号「61，65」および「63，
67」は、以下、それぞれ前部および後部粘性剪断室を表
すのにも使用される。好ましくは、出力継手部材55は、
１または複数の通路68（図５参照）を形成し、これによ
って、前部および後部粘性剪断室は、粘性継手の技術分
野における当業者には公知の目的のため、また、公知の
方法によって互いに流体連通されている。

【００２３】これにより、前部、後部ランドおよび溝の
使用は、粘性継手が最適なパッケージとなる、すなわ
ち、所与のサイズの冷却水キャビティＣに対して、可能
なほぼ最高の粘性継手43からのトルク出力が得られるこ
とがわかる。関連する図２に示される構造の特徴は、両
方の粘性剪断室が冷却水キャビティに直接隣接する部分
に配置されて、継手装置43の冷却を最も能率的に行える
ことである。当業者には理解されるように、粘性継手43
の冷却（すなわち熱放散）の増大は、継手のトルク出力
能力を増大させる大きな要因である。

【００２４】本発明のもうひとつの重要な特徴によれ
ば、後側継手本体49は、略円錐台状のリザーバ形成部分
69を含んでいる。この部分69は、流体リザーバ室71を囲
み、当業者には公知のように、リザーバ室内には粘性剪
断抵抗の結果として熱せられた流体があり、望ましくは
熱がリザーバ71内の流体の外へ伝達される。後側継手本
体49と一体的に複数のインペラブレード73（図１および
図２に２つのみ示す）が形成されており、継手本体49
は、エンジンウォータポンプのインペラをも含んでい
る。

【００２５】図１を参照して、プーリ25が当業者に公知
の方法で回転させられると、入力継手アセンブリ45も同
速度で回転させられて、冷却水入口Ｉ（矢印参照）から
導入されたエンジン冷却水がリザーバ形成部分69を経て
流れ、これにより、リザーバ室71内の流体からの熱をエ
ンジン冷却水に伝達する。そして、冷却水は、インペラ
ブレード73によって吐出されて径方向外側へ流れ、冷却
水出口Ｏを通って流出する。リザーバ形成部分69を経た
冷却水の継続的な流れは、リザーバ室71内の流体からの
熱放散を相当に改善する。

【００２６】多くの従来の粘性ファンドライブ装置の問
題の１つは、ファンドライブがウォータポンプから外へ
軸方向に延びる入力軸によって駆動されるため、回転す
るファンドライブおよびファン結合体の重さが、一定の
運転速度において相当な荷重をウォータポンプベアリン
グに付加する「オーバーハング」質量となることであ
る。しかしながら、本発明の構造は、入力プーリ25をフ
ァンドライブ43とファン33との間に配置し、かつ、ファ
ンドライブをウォータポンプキャビティＣ内に配置した
ので、ファンドライブはもはやオーバーハング荷重とな
ることがない。換言すれば、本発明は、ハウジング13に
対して幾分固定的に取付けられたアセンブリの一部分に
対して、ファンハブ部材31およびファン31のみがオーバ
ーハングとなる。

【００２７】主に図３および図４を参照するが、図２と
も関連して、流体継手43に関連するバルブ機構を説明す
る。後側継手本体49の前面には、リザーバカバー75が適
当なかしめ等によって取付けられ、リザーバカバー75
は、本実施形態では、直径方向に互いに反対側に配置さ
れた一対の注入ポート77を形成しており、注入ポート77
は、図３においては１つのみが完全に見ることができ
る。リザーバカバー75に直に隣接するスペーサ76が配置
され、スペーサ76にはスプリング79が係合しており、ス
プリング79は、ここでは環状の中央部分および直径方向
に互いに反対側に配置されたスプリングアーム81を含む
ように示されている。スペーサ76にはスプリングアーム
81が係合する。スペーサ76は、スプリング79がリザーバ
カバー75の隣接表面に係合するためにスプリングアーム
81を曲げることなく平坦部材で構成できるように設けら
れている。スプリング79の後方には、バルブプレート83
が配置され、バルブプレート83は、直径方向に互いに反
対側に延びる一対のバルブアーム85を含んでおり、バル
ブアーム85は、図３では一方のみが見られるが、図４で
は両方を見ることができる。図３に示されるように、組
立時に、各々のバルブアーム85は、各々のスプリングア
ーム81から90°だけオフセットされることに留意すべき
である。

【００２８】リザーバカバー75の前方には、リザーバカ
バー75の前面に着座する径方向に延びるフランジ部89を
有するカバースリーブ87が配置されている。カバースリ
ーブ87の円筒状部分は、後方へ延びてカバー75、スプリ
ング79およびバルブプレート83の開口に挿通されてい
る。また、カバースリーブ87は、バルブプレートスリー
ブ91に取り囲まれている。スリーブ91の後方には、スト
ッププレート93が配置され、ストッププレート93は、そ
の主部分が略円錐台であるが、それぞれがリザーバカバ
ー75の後面に取付けられる複数の脚95をも含んでいる。
ストッププレート93の主な機能は、電磁束通路（後述す
る）の一部を形成すること、および、電磁界の磁力線の
影響下でバルブプレートスリーブ91の後方への移動を制
限することである。

【００２９】再び図２および図５を主に参照して、出力
継手部材55は、各々がその径方向外側表面にワイパ表面
99（図２の下半分における径方向通路97についてのみを
示す）を含む１またはそれ以上の径方向通路97を形成す
る。粘性継手の技術における当業者には公知のように、
入出力継手部材の相対回転に応答して、局部的な領域の
圧力の上昇が起こる、すなわち、ワイパ表面99で圧力の
上昇が起こるようにある種のワイパ（ポンプ）の類を設
ける必要がある。表面99において高圧領域が生じた結
果、流体は、作動室から径方向内側へ通路97を通って、
継手部材55の後部の径方向内周に配置された環状室 101
へ流れる。粘性継手の技術における当業者には公知のよ
うに、作動室から吐出されてリザーバ室へ戻る流体の放
出は、通常、継手アセンブリ（通常は出力継手アセンブ
リの一部）のカバーに形成された通路を通して達成さ
れ、そして、従来の継手においては、そのような構造
は、確かに満足できるものである。しかしながら、本発
明では、継手アセンブリ45によって形成された通路を流
通する放出流体があることは、継手の径方向の寸法、継
手の軸方向寸法またはこれらの両方を増大させることに
なる。さらに、流体の流れに抗する遠心力は、低速部材
において減少して、継手部材55によって形成された通路
を通る放出流があることによってポンプ効率が改善され
る。上述のように、本発明の１つの目的は、利用可能な
冷却水キャビティＣ内において、できるだけ多くの剪断
室を設けて、継手アセンブリ45の径方向または軸方向寸
法を増大することで剪断室を最大限に利用すること少な
くすることである。このため、クラッチ55によって形成
される径方向戻り通路97は、本発明の継手アセンブリの
トルク容量を最大限にすることにおいて重要な特徴であ
る。

【００３０】続けて図２および図５を主に参照して、室
101内には、全体として符号 103で示されるバイパスバ
ルブ構造が配置されて出力継手部材55に取付けられてい
る。このアセンブリは、室 101内に受入れられるカバー
部材 105を含み、かつ、直径方向に互いに反対側に配置
された一対の耳部 107を含む。各耳部 107は、バイパス
ポート 109を形成し、各バイパスポート 109は、図６お
よび図７に最も良く参照されるように、それぞれ、径方
向内側へ延びる径方向通路97に隣接して配置されてい
る。出力継手55とカバー部材 105との軸方向の間にはバ
イパスバルブ 111が配置されている。バイパスバルブ 1
11は、直径方向に互いに反対側に配置された一対のバル
ブアーム 113を含み、バルブアーム 113は、バルブ 111
が図６に示す位置にあるとき、バイパスポート 109を閉
鎖するように位置決めされる。また、バイパスバルブ 1
11は、直径方向に反対側に配置された一対のスプリング
アーム 115（図５のみに示される）を含み、スプリング
アーム 115の機能は、バイパスバルブ 111を図６に示す
位置へ付勢することである。

【００３１】再び主に図４を参照して、ストッププレー
ト93の後端には、簡素な平坦な板状部材からなるチェッ
ク弁 121が着座している。チェック弁 121は、プラグ部
材 125の凹部内に配置される付勢スプリングによって図
４に示す閉位置へ付勢されている。チェック弁 121の機
能は、主にリザーバ71から作動室への流体の「ブリード
バック（逆流）」を防止することであり、このようなブ
リードバックは、当業者には公知のように、「モーニン
グシックネス（冷間時の不具合）」、すなわち、望まし
くない結合および継手がアイドル状態となった後の断続
的なファン作動騒音を引き起こす。図示の簡略化のた
め、チェック弁 121は、図４にのみ参照されることに注
意すべきである。

【００３２】前述のように、本発明の重要な特徴の１つ
は、粘性流体継手43の全体パッケージ寸法が可能な限り
小さくなることであり、そのための１つの具体的な特徴
は、流体リザーバ71の寸法を最小化することである。粘
性ファンドライブの技術における当業者には公知のよう
に、従来のファンドライブにおいては、リザーバは、非
係合状態のとき、リザーバ内の流体レベルがファンドラ
イブの中心線（回転軸）の下方なるような寸法であり、
このことがファンドライブの全体寸法を相当に増大させ
ていた。しかしながら、本発明の設計では、リザーバ71
の完全な環形が流体で満たされ、このため、チェック弁
121が上述のようにブリードバックを防止する必要があ
るが、その結果、従来の同じ「流体容積」のファンドラ
イブよりもリザーバを小さくすることができる。加え
て、継手が離脱しているとき、流体で満たされる、また
は、ほぼ満たされるリザーバ71を設けることにより、部
分69の各部がその内表面に接する流体を有し、冷却水が
部分69の外側を経て流れるので、リザーバ内の流体から
の熱放散が改善される。

【００３３】主に図６および図７を参照して、本発明の
作動について説明する。入力信号41がない場合の作動に
おいて（図６参照）、バルブプレート83は、通常、スプ
リング79によって前方へ付勢され、バルブプレートスリ
ーブ91を前方へ、ストッププレート93の前面 117（図２
参照）から離して、図６に示す位置まで移動させる。こ
の状態においては、バルブプレート83のバルブアーム85
は、注入ポート77を閉鎖して、流体がリザーバ室71から
注入ポート77を通って作動室へ流れることができない。
当業者には公知のように、これが粘性継手43の「離脱」
状態（「アイドル」ともいう）を構成する。同時に、バ
イパスバルブ 111は、スプリングアーム115によって図
示の位置へ付勢されて、通路97における径方向内向きの
流体の流れは（矢印参照）、室 101へ流入するが、バイ
パスポート 109（バルブアーム 113によってブロックさ
れる）を通して、または、カバー部材 105を経て流れる
ことはできない。このため、流体は、径方向にさらに内
側に流れ、そして、円筒状鉄部材（強磁性部材） 119
（図２、図６および図７にのみ示す）の前端の隙間を通
り、中空部材 119を軸方向に通って流れる。流通する流
体の圧力は、チェックバルブ 121を離座させ（図４参
照）、最終的に、この放出した流体は径方向外側にスト
ッププレート93の後端とリザーバ形成部分69と間を流
れ、そして、ほぼ前方におけるこれらの軸方向の間を通
ってリザーバ室71へ流入する。前述のように、リザーバ
形成部分69に隣接する流れは、熱せられた粘性流体から
部分69の外表面を通る冷却水の流れへの熱交換の非常に
良い機会を提供する。

【００３４】本発明の流体継手アセンブリ11は、比較的
大きなワイパ表面99を含み、比較的大きなポンプ流量を
発生させて、作動室からの吐出を相当に速くすることに
よって、係合モードから離脱モードへ適切に移行すると
きはいつもファン騒音が減少するようにすることが好ま
しい。しかしながら、大きなポンプ流量にともなう１つ
の関心事は、バルブアーム85が移動して注入ポート85を
開くことによって再度継手を結合させる必要がある度に
注入ポート77に大量の流体が供給(swamping)される可能
性があることである。バイパスバルブ構造 103の重要な
機能の１つは、後述するように、注入ポートへの大量の
流体の供給の防止を補助することである。

【００３５】粘性継手43を係合させる必要があるとき、
入力信号41が電磁コイル39（図７参照）に伝達され、こ
れにより、この種の装置の技術において一般的に知られ
た方法で電磁界の磁力線が発生する。本実施形態におい
ては、磁力線は、入力軸21および出力軸29を通過して相
当に集中される。この磁力線は、鉄インサート部材57を
通過して、磁力線の一部がバイパスバルブ 111をも通過
して、これをインサート部材57の後面に液密的に当接さ
せる方向へ移動させる。そして、少なくとも磁力線の一
部は、カバースリーブ87内に配置された円筒状鉄部材 1
19を通過する。この磁力線は、この部材 119を通過した
後、バルブプレートスリーブ91を通過し、スリーブ91上
でスリーブ91をスプリング79の力に抗してスリーブ91を
後方へ付勢する力を生じて、スリーブ91を表面 117に当
接させ、バルブアーム81を注入ポート77を開く位置へ移
動させる。これにより、図７に最も良く参照されるよう
に、流体がリザーバ室71から作動室へ流れ、作動室内の
流体レベルが上昇して、粘性継手はその係合状態を達成
する。

【００３６】同時に、ワイパ表面99を係合する流体は、
再度、通路97を通って径方向内側へ吐出される。しかし
ながら、コイル39が励磁されると、上述したように、バ
イパスバルブ 111が前方へ移動し、これにより、鉄部材
119の内部を通過する流れを阻止する。言い換えれば、
バイパスバルブ 111が前方へ移動されると、バルブアー
ム 113がバイパスポート 109を開いて、放出流体がポー
ト 109を通って流れた後、室 101を通って径方向外側へ
流れ、再び粘性室（作動室）へ流入する。これにより、
前述のように、吐出された流体のほとんどが単に作動室
へ還流されるので、このドライブが係合しているとき、
注入ポート77に大量の流体を供給することなく、非常に
高いポンプ効率を得ることができる。

【００３７】鉄部材 119およびスリーブ91を通過する磁
力線は、インサート57を通過する他の磁力線と同様に、
エンジンブロックＢを通過し、ハウジング部材13の径方
向外側部分を通って、ハウジング13と入力プーリ25との
間の隙間を横切る。殆どの磁力線は、プーリ25内に集中
されて、インサート部材23を通過し、そして、入力軸１
および出力軸29へ戻って電磁回路を完成する。インサー
ト部材51および57は、好ましくは鉄部材であるのに対し
て、前後継手本体47，49および継手55は、一般的に非鉄
（非磁性体）（アルミニウム）であり、これにより、上
述の磁路における磁力線の集中を助けて、コイル39への
最小限の電流によってバルブプレート83の最大の開弁力
を達成することになる。このため、本発明の他の様々な
目的と一貫して、本発明の継手アセンブリ11には、最良
の磁路が得られるように設計することが重要である。

【００３８】本実施形態においては、例示に過ぎない
が、コイル39の励磁は、上述のようにバルブ83を開位置
へ移動させることになる。しかしながら、本発明の範囲
内で、継手アセンブリ11は、「コイル通電で閉弁する」
形式（コイルまたは電気回路が故障したとき、継手が係
合状態に作動して、エンジンがオーバヒートから保護さ
れるので、「フェイルセーフ」としても知られる）にす
ることもできる。殆どのファンドライブの「使用率」す
なわち係合状態の時間のパーセンテージは、一般的に、
例えば５％ないし10％程度と意外に低いので、ここに示
されて説明される「コイル通電で閉弁する」構造は、お
そらく好ましいものである。コイルを励磁してファンド
ライブを離脱させるのは、過大な電気エネルギーを要求
するため、顧客には受け入れられないであろう。

【００３９】以上に本発明が詳細に説明されており、本
明細書を読んで理解することによって、当業者には本発
明の様々な変更および修正が明らかになるであろう。全
てのそのような変更および修正は、特許請求の範囲の技
術的思想の範囲から逸脱しない限り、本発明に含まれる
ものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】一部の断面のみが示される車両エンジンブロッ
クに装着され、外観のみが示された流体継手装置を有す
る本発明にしたがって製造された流体継手アセンブリの
軸方向断面図である。

【図２】図１において外観のみが示された流体継手装置
を主に示す図１と同様な軸方向拡大断面図である。

【図３】本発明の１つの特徴をなすバルブアセンブリの
分解斜視図である。

【図４】後側継手本体のアセンブリおよびバルブアセン
ブリを示す図２と同様な軸方向断面図である。

【図５】出力継手部材およびバイパスバルブアセンブリ
の図２の右方から見た分解斜視図である。

【図６】閉弁状態にある本発明に係るバルブ機構の作動
を示す軸方向拡大部分断面図である。

【図７】開弁状態にある本発明に係るバルブ機構の作動
を示す軸方向拡大部分断面図である。

【符号の説明】

11 流体継手アセンブリ 25 入力プーリ 29 出力軸 31 ファンハブ部材 33 ラジエータ冷却ファン 39 電磁コイル 43 流体継手装置 45 入力継手アセンブリ 55 出力継手部材 57 インサート部材 59 機械ねじ 61 前部環状ランド 63 後部環状ランド 65 前部環状ランド 67 後部環状ランド 71 流体リザーバ室 75 リザーバカバー 77 注入ポート 83 バルブプレート Ｂ エンジンブロック Ｃ 冷却水キャビティ Ｉ 冷却水入口 Ｏ 冷却水出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デビッド アーサー ベルフィ アメリカ合衆国，ミシガン 48073，ロー ヤル オーク，チェスター 3421 (72)発明者 リチャード ウェイド ギブソン アメリカ合衆国，ミシガン 48067，ロー ヤル オーク，ヘレーン 712

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水入口(I) および冷却水出口(O) を
   有するエンジン冷却水キャビティ(C) を形成するエンジ
   ンブロック(B) を含む形式の内燃エンジンとともに使用
   する流体継手アセンブリ(11)であって、 入力トルクを流体継手装置(43)の入力継手アセンブリ(4
   5)に伝達する入力プーリ(25)を含み、 前記流体継手装置(43)は、少なくとも一部が前記エンジ
   ン冷却水キャビティ(C) 配置され、前記入力継手アセン
   ブリ(45)内に配置された出力継手部材(55)を含み、出力
   トルクをラジエータ冷却ファン(33)に伝達する手段(57,
   59,29,31) を含み、また、流体リザーバ室(71)を形成
   し、 前記入力継手アセンブリ(45)と前記出力継手部材(55)と
   が協働して流体作動室(61,65；63,67)を形成し、 該流体作動室の粘性流体の存在に応答して前記入力継手
   アセンブリから前記出力継手部材にトルクが伝達され、 前記入力プーリ(25)は、前記流体継手装置(43)の前方に
   配置され、かつ、前記ラジエータ冷却ファン(33)は、前
   記入力プーリ(25)の前方に配置され、さらに、 （ａ）バルブ手段(75,83) が前記流体作動室(61,65；6
   3,67)から前記流体リザーバ室(71)を隔てるように配置
   され、 （ｂ）前記バルブ手段は、流体入口ポート(77)を形成
   し、該流体入口ポートを通る流体の流れを阻止する閉位
   置と、前記流体リザーバ室(71)から前記流体作動室(61,
   65；63,67)への流体の流れを許容する開位置との間で作
   動可能なバルブ部材(83)を含み、 （ｃ）入力信号(41)に応答して作動して、前記バルブ部
   材(83)を前記閉位置と前記開位置との間で移動させる制
   御手段(39)を備えたことを特徴とする流体継手アセンブ
   リ。
2. 【請求項２】 前記エンジン冷却水キャビティは、当該
   流体継手アセンブリ(11)によって形成される回転軸(A2)
   とほぼ同軸の回転軸(A1)を形成するウォータポンプキャ
   ビティ(C) を含むことを特徴とする請求項１に記載の流
   体継手アセンブリ。
3. 【請求項３】 前記入力継手アセンブリ(45)は、前記ウ
   ォータポンプキャビティ(C) 内に配置されて前記入力継
   手アセンブリ(45)の回転に応答して作動してエンジン冷
   却水を前記冷却水入口(I) から前記冷却水出口(O) へポ
   ンピングするポンプインペラ(73)を有する前側本体部材
   (47)および後側本体部材(49)を含むことを特徴とする請
   求項２に記載の流体継手アセンブリ。
4. 【請求項４】 前記冷却水入口(I) は、前記ウォータポ
   ンプキャビティ(C)の前記回転軸(A1)上に配置され、前
   記後側本体部材(49)は、当該流体継手アセンブリ(11)の
   前記回転軸(A2)とほぼ同心に配置されたリザーバ形成部
   分(69)を含み、前記リザーバ形成部分(69)は、前記ウォ
   ータポンプキャビティ(C) 内に配置され、その内部に前
   記流体リザーバ室(71)の大部分を取り囲んでいることを
   特徴とする請求項３に記載の流体継手アセンブリ。
5. 【請求項５】 前記ポンプインペラ(73)は、前記後側本
   体部材(49)と一体的に形成され、前記リザーバ形成部分
   (69)から径方向外側に配置された複数のインペラブレー
   ド(73)を含み、エンジン冷却水を前記冷却水入口(I) か
   ら前記冷却水出口(O) へ径方向外側へ送るように作動す
   ることを特徴とする請求項４に記載の流体継手アセンブ
   リ。
6. 【請求項６】 前記入力継手アセンブリ(45)は、前記エ
   ンジン冷却水キャビティ(C) 内に配置された前側本体部
   材(47)および後側本体部材(49)を含み、さらに、入力軸
   (21)が前記入力プーリ(25)から前記前側本体部材(49)へ
   軸方向に延びて、前記入力トルクを前記前側本体部材(4
   9)に伝達するように作動することを特徴とする請求項１
   に記載の流体継手アセンブリ。
7. 【請求項７】 出力軸(29)が出力トルクを前記出力継手
   部材(55)から前記ラジエータ冷却ファン(33)へ伝達する
   ように作動する前記手段を含み、前記入力軸(21)は中空
   で、該入力軸の中に前記出力軸(29)が配置されて相対回
   転するように支持されていることを特徴とする請求項６
   に記載の流体継手アセンブリ。
8. 【請求項８】 ハウジング部材(13)が前記エンジンブロ
   ック(B) に固定されて、前記エンジン冷却水キャビティ
   (C) の前側の囲いを形成し、前記ハウジング部材(13)
   は、前記回転軸(A2)と同心をなす円筒状の軸支持部分(1
   5)を含み、また、該軸支持部分(15)内に配置されて前記
   入力軸(21)を回転可能に支持する軸受手段(17,19) を含
   むことを特徴とする請求項７に記載の流体継手アセンブ
   リ。
9. 【請求項９】 前記入力継手部材(45)は、前記エンジン
   冷却水キャビティ(C) 内に配置された前側本体部材(47)
   および後側本体部材(49)を含み、前記出力継手部材(55)
   と前記後側本体部材(49)とが協働して後側粘性剪断領域
   (63,67) を形成することを特徴とする請求項１に記載の
   流体継手アセンブリ。
10. 【請求項１０】 前記出力継手部材(55)と、前記前側本
    体部材(47)とが協働して前側粘性剪断領域(61,65) を形
    成することを特徴とする請求項９に記載の流体継手アセ
    ンブリ。
11. 【請求項１１】 前記後側粘性剪断領域は、交互に噛み
    合う複数のランドおよび溝(63,67) を含み、前記前側粘
    性剪断領域は、交互に噛み合う複数のランドおよび溝(6
    1,65) を含むことを特徴とする請求項10に記載の流体継
    手アセンブリ。
12. 【請求項１２】 前記出力継手部材(55)は、少なくとも
    １つの径方向流体通路(97)を形成し、また、前記作動室
    (63,67) から径方向内側へ前記径方向流体通路(97)を通
    して流体を吐出するように作動する流体ポンプ手段(99)
    を含み、前記出力継手部材(55)は、前記径方向流体通路
    (97)から前記流体リザーバ室(71)に流体を流通させるよ
    うに作動する手段(101,103) を含むことを特徴とする請
    求項10に記載の流体継手アセンブリ。
13. 【請求項１３】 前記径方向流体通路(97)から前記流体
    リザーバ室(71)に流体を流通させるように作動する前記
    手段は、前記バルブ部材(83)が前記閉位置にあるとき、
    前記径方向流体通路(97)から前記リザーバ室(71)への流
    体の流れを許容し、前記バルブ部材(83)が前記開位置に
    あるとき、前記径方向流体通路(97)から前記作動室(61,
    65;63,67) への直接的な流体の流れを許容するように作
    動するバイパスバルブアセンブリ(103) を含むことを特
    徴とする請求項12に記載の流体継手アセンブリ。
14. 【請求項１４】 ハウジング部材(13)が前記エンジンブ
    ロック(B) に固定されて、前記エンジン冷却水キャビテ
    ィ(C) の前側の囲いを形成し、前記制御手段は、前記ハ
    ウジング部材(13)内に配置されて前記入力プーリ(25)か
    ら前記入力継手アセンブリ(45)へ軸方向に延びる入力軸
    (21)を取り囲む電磁コイル(39)を含むことを特徴とする
    請求項１に記載の流体継手アセンブリ。
15. 【請求項１５】 出力軸(29)が出力トルクを前記出力継
    手部材(55)から前記ラジエータ冷却ファン(33)へ伝達す
    るように作動する前記手段を含み、前記入力軸(21)は、
    中空で、前記出力軸(29)が前記入力軸(21)内に配置され
    て、その中で回転するように支持され、前記電磁コイル
    (39)は、前記入力軸(21)および前記出力軸(29)を軸方向
    に通過する電磁界の磁力線を発生するように作動するこ
    とを特徴とする請求項14に記載の流体継手アセンブリ。
16. 【請求項１６】 前記バルブ手段は、前記バルブ部材(8
    3)を前記閉位置および前記開位置の一方へ付勢する手段
    (29)を含み、さらに、前記入出力軸(21,29)を通過する
    電磁界の磁力線の存在に応答して作動して、前記バルブ
    部材(83)を前記付勢手段(79)の力に抗して前記開位置お
    よび閉位置の他方へ移動させることを特徴とする請求項
    15に記載の流体継手アセンブリ。
17. 【請求項１７】 前記入力継手アセンブリ(45)は、前記
    エンジン冷却水キャビティ(C) 内に配置された前記流体
    リザーバ室(71)を形成する後側本体部材(49)を含み、前
    記バルブ手段は、ほぼ前記流体リザーバ室(71)内で前記
    出力継手部材(55)の軸方向後方に配置されたバルブ部材
    (83)を含むことを特徴とする請求項16に記載の流体継手
    アセンブリ。
18. 【請求項１８】 前記入力継手アセンブリ(45)は、さら
    に前側本体部材(47)を含み、前記入力軸(21)および前記
    出力軸(29)は、前記前側本体部材(47)内の部位へ軸方向
    に延び、前記後側本体部材(49)および前記前側本体部材
    (47)の両方は、非鉄金属からなることを特徴とする請求
    項17に記載の流体継手アセンブリ。
19. 【請求項１９】 前記出力継手部材は、非鉄金属からな
    り、鉄材からなる中央インサート(57)を含み、該インサ
    ート(57)は、前記出力軸(29)に共転するように固定さ
    れ、前記電磁界の磁力線は、前記インサート(57)を軸方
    向に通過することを特徴とする請求項18に記載の流体継
    手アセンブリ。