JPS60260726A - 組合わせ式軸受・可変速粘性カツプリング - 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】 本発明は粘性カップリング、詳しくは組合わせ式軸受・
可変速粘性カップリングに関する。

従動回転部材を駆動回転部材に連結して駆動回転部材か
ら従動１回転部材に可変速度を伝えるようにしたいこと
は多い。また、一般に、従動回転部材を駆動部材上に相
対回転可能にころが多要素軸受によって支持することも
必要である。これは２つの回転部材を同心ｊで保ち、摩
擦を減らすのに役立つ。

代表的な例として、乗り物ラジエタのファン駆動装置が
ある。エンジン速度と１対１の関係で駆動される冷却フ
ァンはエンジン高速（３） 域ではエネルギを浪費することになり、この浪費量はエ
ンジン速度の３乗に比例して増加する。したがって、一
般には、ファンは粘性カップリングによって駆動され、
この粘性カップリングはエンジン速度の増加と共にスリ
ップ率を増加させる。公知例として、例えば米国特許第
３，２５９，２２１号に示されているファン駆動用粘性
カップリングがある。代表的には、このような粘性カッ
プリングは駆動回転軸に固定された回転入力部材を包含
し、この回転入力部材は出力カップリング部材から流体
充填剪断空間によって分離している。

出力カップリング部材はファンを支持しており、別体の
玉軸受によって駆動回転軸に装着しである。これによっ
て、入力カップリング部材を出力部材に対して同軸に保
つと共に出力部材を入力カップリング部材に対して回転
させることができる。剪断空間内の粘性流体はエンジン
の高速域で入出力部材間にすべりを生じさせ、エネルギ
を節約する。また、米（４） 国特許第２，４９２，０２９号に示されているように、
ファンとファン駆動軸の間に直接カップリングを設ける
ことも知られている。ここでは、はぼ花托形の対になっ
たゴム要素が駆動軸とファン・ハブの間に留められてい
てファン・ハブを駆動軸に同心に支持すると共にそれら
の間で駆動トルクの伝達を行なう。これらのゴム要素は
軽度の可撓性を持つクッション作用要素として作用する
が、可変速カップリングとしては作用しない。

駆動部材と従動部材の間に可変速カップリングを設ける
のが望ましい別の分野としては、たとえば、米国特許第
４，４３７，８４６号に示されているような乗り物のオ
ルタネータ−のだめの冷却ファンがある。乗り物の前進
速度が遅い場合には速度範囲は低い、すなわち、臨界状
態となるが、電気的出力は高い。ファンは臨界速度範囲
であるいはそれよシも下で充分に急速に回転してオルタ
ネータ−を冷却しなければならないが、高速域では必要
以上に急速に回転し、エネルギの浪費となる。状況は乗
り物ラジエタのファンの場合と類似しているが、上述の
ラジエタファン駆動装置をファンのハブとオルタネータ
−軸の間の利用できる小さい空間に装着するのは難しい
。エネルギの浪費に加えて別の問題として、ファンの高
速回転域での騒音の増大がある。上述の振動遮断材を小
さな空間に嵌合させて騒音を減少させ得るが、これでは
エネルギの節減を行なう可変速カップリングを得ること
はできない。

本発明はころがり要素軸受と組合わせることによって小
さな空間にも装着できる可変速粘性カップリングを提供
する。この可変速粘性カップリングはエネルギの節減も
さることながら、騒音れべるの低減も行なえる。

この目的のために、組合わせ式軸受・可変速粘性カップ
リングは特許請求の範囲第１項の特徴記載部分に記載さ
れた特徴によって特徴付けられる。

好ましい実施例では、本発明はオルタネータ−ファン駆
動組立体として開示される。オルタネータ−駆動軸は乗
り物エンジンに連結したベルトによって駆動されるプー
リによって駆動される。従来のようにオルタネータ−冷
却用ファンを軸に直接留めないで、本発明では、冷却フ
ァンは玉軸受を介して間接的に装着される。玉軸受の内
側１ノースが軸に固定され、外側レースはファンの中央
環状ハブに固定される。これらレース間には完全数の軸
受ボールが装填され、ファンを軸上に相対回転可能に支
持している。粘性グリースが軸受ボール間に充填され、
レース間をシールする。

粘性グリースの粘度としては、オルタネータ−軸が上述
の臨界速度範囲より低い速度で駆動されているときには
レース間の軸受ボールのころがり作用を妨げるに充分な
粘度を選ぶ。軸受ボールに対する粘性グリースの作用に
よシ、軸はファンをほぼ１対１の関係で駆動して充分な
冷却空気を与える。したがって、（７） ファンは慣性要素として作用し、軸の高速回転域ではオ
ルタネータ−駆動軸はファンをオーバーランさせてすべ
りを生じさせ、エネルギを節減し、騒音レベルを低減す
る。

別の実施例では、本発明は改良された騒音プーリ組立体
として開示される。駆動プーリの内外のハブ間には同様
の軸受と粘性グリースが充填される。内側ハブは、駆動
回転軸に固定され、同軸の外側ハブは駆動ベルトによっ
て成る種の遠隔従動部材に連結される。第１の実施例と
同様に、軸および内側ハブは軸低速域では外側ハブおよ
び従動部材をほぼ１対１の関係で駆動する。これは軸受
ボールに対する粘性グリースの作用のためである。軸の
高速回転域では、駆動軸および内側ハブは外側ハブおよ
び遠隔従動部材をオーバーランさせることができる。　
。

したがって、本発明の目的は回転可能な駆動部材と回転
可能な従動部材間の可変速粘性カップリングを提供する
ことにある。

（８） 本発明は小さな空間内にも装着できる上述形式の粘性カ
ップリングも提供する。

さらに、本発明は、軸受と組合わせてあって、軸受のこ
ろがり要素の間に粘性グリースを充填し、この軸受が従
動部材を駆動部材に対して回転自在に支持し、粘性グリ
ースがレース間のころが多要素を摩擦的に遅らせるに充
分な粘度を有し、それによって、駆動部材が所定の臨界
速度より低い速度では従動部材をほぼ１対１の関係で駆
動し、所定の臨界速度より上の速度ではころが多要素が
レース間で充分にころがって鼓動部材が従動部材をオー
バーランさせ得るようにしだ上記形式の可変速粘性カッ
プリングを提供する。

またさらに、本発明は、乗り物のオルタネータ−の冷却
ファンのだめのファン駆動組立体を提供するものであり
、冷却ファンのハブとオルタネータ−軸の間に挿設した
玉軸受がそのボールの間に粘性グリースを充填してあり
、このグリースが軸受ボールのころがり作用を摩擦的に
妨げるに充分な粘度を有し、それによって、乗り物がア
イドリング状態にあるか低速で走行しているときにオル
タネータ−軸が冷却ファンをほぼ１対１の関係で駆動し
て充分な冷却空気をオルタネータ−に供給し、乗り物が
高速で走行しているときには軸受ボールがオルタネータ
−軸をして冷却ファンをオーバーランさせるに充分にレ
ース間でころがってエネルギを節減し、騒音を低減する
ことができるようにしている。

以丁、本発明を添付図面を参照しながら実施例によって
さらに説明する。

まず、第１図を参照して、ここには本発明の第１実施例
がファン駆動組立体として開示しである。全体的に１０
で示す乗り物オルタネータ−はオルタネータ−軸１２と
、全体的に１４で示すオルタネータ−巻線とを包含する
。巻ａ１４の詳細は本発明によって重要なものではない
が、オルタネータ−１０の作動中に冷却して部品の損傷
を防がなければならない。オルタネータ−軸１２はオル
タネータ−ハウジング１８内に普通の軸受１６によって
支持されている。このＩｐｌＢ受１６受軸６２にプレス
ばめした内側レース２０を有する。軸１２は駆動プーリ
２２によって駆動される。

この駆動プーリは縮径ねじ端２Ｂに螺合させたワッシャ
２４、ナツト２６によって軸１２に固定しである。駆動
プーリ２２および軸１２は乗り物エンジンのプーリ（図
示せず）によって駆動される駆動ベルト３０によって駆
動される。駆動プーリ２２の乗り物エンジン・プーリに
対する関係は、軸１２がエンジン速度の２．５から３倍
で回転するように決める。オルタネータ−１０の上記の
構成要素は普通のものである。

第１図をさらに参照して、全体的１Ｃ３２で示すオルタ
ネータ−冷却ファンは中央の環状ハブ３４を有する。ハ
ブ３４と軸１２の間の限られた空間まだは容積はファン
駆動組立体に利用できるものである。普通のオルタネ−
（１１） ター冷却ファンは４１２に固定され、常に１対１の関係
で回転することになる。巻線１４に対する冷却作用の最
大の必要性は軸１２の成る所定の臨界速度、すなわち、
速度範囲より下で生じる。乗り物エンジンがアイドリン
グ状態にあるか、乗り物をゆつくシと前進させている場
合には、巻線１４は高い電気出力を受け、温度は高くな
る。図示のオルタネータ−１０の場合、オルタネータ−
軸１２でのこの臨界速度範囲は２５００から３０００ｒ
ｐｍである。普通の剛性のファン・軸連結構造はこの臨
界速度以下でも良く作動するが、もつと高い速度ではエ
ネルギを浪費し、過剰の騒音を発生する。この浪費量は
速度の３乗に比例して増大する。本発明はこのようなエ
ネルギ消費と騒音発生を減らし、しかも、充分な冷却作
用を果たすことができる。それについて次に説明する。

第１図をさらにまた参照して、全体的に３６で示す玉軸
受は突出した内側レース３８（１２） と外側レース４ａとを包含し、これらのレースの間には
直径０．４７５ｃｒＩＬ（３／　１６インチ）の軸受ボ
ール４２が１０個ケージ４４によって保持されている。

内外のレース３８．４０の孔径はそれぞれ１．７ｍ、３
．５ｃＩＩＬである。レース３８．４０間にある潤滑剤
空間は普通の環状シール４６でシールしである。突出内
側レース３８はｆｉ１２上にしまりばめしてあシ、駆動
プーリ２２と軸受１６の内側レース２０の間に留めであ
る。外側レース４０はファン・ハブ３４内に強固に嵌合
しており、所望に応じて、レース４０の外面にある一対
の溝４Ｂに接着剤を充填して連結を強固にしてもよい。

軸受ボール４２が軸１２上にファン３２を回転自在に同
心に支持しており、レース３８．４０と一緒に空間に容
易に嵌合させ得る。軸受ボール４２は可変速カップリン
グを生じさせるようにも協働する。これについては次に
説明する。

第１をさらにまた参照して、粘性グリース５０が軸受ボ
ール４２の′まわり、シール４６の間に充填してあり、
充填率は２５〜３０％である。グリース５０は合成物質
であシ、テトラフルオロエチレン増貼剤と一緒にシリコ
ーン油を使用する。このグリースは、３８℃（１００’
″Ｐ）で５２０センチストーク（２，３６０ＳａｙｂＯ
１ｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　５ｅｃｏｎｄｓ　）の非常
に高い粘度を有し、その作動温度範囲が広くて、−３４
℃から２３２℃（−３０°Ｆから４５０下）である。こ
れは商品名Ｍ−１２５でＡｍｏｃｏＯｉｌＣＯｍｐａｎ
ｙが市販している。この粘度のグリース５０は軽い負荷
の軸受には普通選ばれないものである。実際に、軸受と
いうのは、ここで行なうように軸受３６が意図している
ことの反対の行為を行なうように設計するのが普通であ
る。ＭｃＧｒａｗ　−Ｈｊ　Ｉ　１社が１９６８年に発
刊した、Ｏ’ＣｏｎｎｏｒおよびＢ、＋ｙｄ著「５ｔａ
ｎｄａｒｄＨａｎｄｂＯＯｋ　Ｏｆ　Ｌｕｂｒｉｃａｔ
ｉＯｎ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪ　６〜９頁に論議さ
れているように、「潤滑剤の乱流作用による摩擦トルク
は、潤滑系統がころがり要素の経路外にオイルまたはグ
リースを適切に排出させ得るように設計されている場合
には、通常、低速では小さい。高速では、乱流および移
動抵抗によるトルクは全摩擦トルクの主要部分となる。

」 本発明では、低速で、すなわち、２５００〜３０００　
ｒｐｍの臨界速度範囲より下の軸１２の速度でグリース
５０を軸受ボール４２の経路外に適切に排出するように
は設計されていない。グリース５０の粘度はボール４２
のころが）作用を摩擦で妨げ、これらのボールがレース
３８．４０間で自由に回転できないようにする。外側１
ノース４０、それ故に冷却ファン３２は内側レース３８
と一緒に回転し、前記臨界速度範囲より下の速度ではほ
ぼ１対Ｉの関係で軸１２によって１駆動されることにな
る。これは第２図のグラフでわかる。

こうして、充分な冷却空気がオルタネータ−巻線１４に
与えられることになる。しかしながら、上記速度範囲以
上では、冷却ファン（１５） ３２は潰性要素として作用することになり、軸受ボール
４２はグリース５０を介してかつ内外レース３８．４０
間で充分に回転し、その結果、軸１２は冷却ファン３２
をオーバーランさせることになる。ファン３２・軸１２
の回転関係が第２図にグラフで示しである。

その結果のエネルギの節減が第３図のグラフでわかる。

第３図は巻線１４からの電気的出力がない状況を示すが
、エネルギ節減が出力と同じとなろう。これに加えて、
ファン３２の騒音をかなり低減するという利点がある。

ファン３２も他の必要に応じてもつと軽い材料で作って
もよいが、剛性連結によって生じる軸の高速度に耐えね
ばならないことに留意されたい。

第２実施例としては、駆動軸から遠隔の従動部材を駆動
する駆動プーリ組立体がある。

第４図でわかるように、全体的に５２で示す駆動プーリ
は内側ハブ５４と外側ハブ５６とを有し、これらのハブ
間には限られた空間しく１６） かない。内外のハブ５４．５６は同心にかつ相対的に回
転可能に玉軸受５８上に支持されている。軸受５８は内
側ハブ５４にプレスばめされた内側レース６０と、外側
ハブ５６にプレスばめされた外側１ノース６２とを有す
る。

第１実施例と同様に、ケージ６６内に保持された所定数
の軸受ボール６４がレース６０．６２間に乗っており、
これら軸受ボールまわりの潤滑剤空間は環状シール６８
でシールされている。第１実施例と同様にグリース７０
が軸受ボール６４まわりに充填しである。内側ハブ５４
は駆動軸７４にたとえば止めねじ７２によって固定しで
ある。外側ハブ５６に乗っている駆動ベルト７６は遠隔
の従動部材（図示しないが、ファンその他の回転部材で
あり得る）まで延びている。

この第２実施例の動作は第１実施例と同様である。駆動
軸１４が臨界速度以下であるときには、軸受ボール６４
は粘性グリース７０によって摩擦で邪魔をされ、軸７４
および内側ハブ５４が外側ハブ５６をほぼ１対１の関係
で駆動することができる。これは、順次、ベルト７６お
よび遠隔の従動部材を軸７４と一緒にほぼ１対１の関係
で駆動することになる。もつと高い速度では、内側ハブ
５４および軸７４は外側ハブ５６をオーバーランさせ得
る。第４図の実施例は、駆動軸７４その他の動力源から
利用する速度よりも低い速度で遠隔の従動部材を駆動し
だい場合に適している。さらに、この実施例は駆動＠７
４と遠隔の従動部材の間でクッション作用要素として使
用できる。たとえば、軸７４が高い動力および高い回転
速度で最初に回転しているとき、軸が外側ハブ５６をオ
ーバーランさせ得る。

これは遠隔の従動部材に遅延を与え、駆動軸７４が徐々
に速度を低下させるにつれて従動部材が徐々に速度を上
昇させることになり、最終的に１対１の回転関係に近付
く。このような可変速カップリングは低馬力用途、たと
えば、加熱炉ファン駆動では有用であることがわかった
。

内側ハブ５４あるいは外側ハブ５６のいずれかを駆動部
材とし、軸受ボール６４およびグリース７０の粘性作用
によって他方の部材を駆動することができる。したがっ
て、軸７４が従動部材となり、ベルト７６がもおだまで
延び、軸７４にファンを固定するということが可能とな
る。しかしながら、本発明は先に述べたように低馬力用
途でその最大の有用性を持つ。本発明の可変速粘性カッ
プリングと軸受の組合わせを、限られた空間に装着する
コンパクトな構造を持つ同じ可変速カップリングを得だ
い他の実施例でも使用できることは了解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却ファンと本発明の粘性カップリングを備え
た乗り物のオルタネータ−を示す横断面図である。 第２図は本発明のファン駆動組立体と普通の剛性ファン
・軸連結構造の両方についての（１９） ファン速度とオルタネータ−軸速度を比較したグラフで
ある。 第３図は剛性連結構造に比べて本発明のファン駆動組立
体で節減できるエネルギを示すグラフである。 第４図は本発明の第２実施例を示す横断面図である。 〈主要部分の符号の説明〉 ３６．５８・・・軸受、１２．７４・・・駆動回転部材
、３２．５６・・・従動回転部材、３８．６０・・・第
ル−ス、４０．６２・・・第２レース、４２．６４・・
・ころがり要素、５０．７０・・・粘性物質、１０・・
・オルタネータ−１５４，５６・・・ハブ。 （２０） 、Ｉｉｌ／−ム１７−１１．　ンｒｔＦり奉ｎ°壜７＠
ｐ１４６４１１ 漏１ａぺ屹　へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸受（３６，５８）のころがり要素が共に駆動回転
   部材（１２，７４）に対して従動回転部材〔３２，５６
   ）を支持しかつ協働して駆動回転部材が従動回転部材を
   可変駆動できるようになっている組合わせ式軸受・可変
   速粘性カップリングであって、軸受（３６，５８）が前
   記ｇ４Ｊ回転部材（１２，７４）に固定するようになっ
   ている第ル−ス（３８，６０）と、前記従動回転部材（
   ３２，５６）に固定するようになっている第２レース（
   ４０，６２）とを有し、これらのレース間にころがシ要
   素（４２，６４）から成る補完要素が配置してあって前
   記の両回転部材を相対回転可能に同軸状態で支持してい
   る組合わせ式軸受・可変速粘性カップリングにおいて、
   前記ころがシ要素間に粘性物質（５０，１０）が入れて
   ありかつ該ころがり要素に対してシールしてあり、この
   粘性物質の粘度が前記レース（３８，４０，６０，６２
   ）間の前記ころがり要素のころがシ作用を摩擦で妨げる
   に充分なように選ばれ、前記駆動回転部材（１２，７４
   ）が所定速度よシ低い速度で回転しているときには前記
   従動回転部材（３２，５６）をほぼ１対１の関係で駆動
   し、駆動回転部材が前記所定速度よりも高い速度で回転
   しているときには前記ころがシ要素（４２，６４）を前
   記レース間で充分に回転させて駆動回転部材が従動回転
   部材をオーバーランさせ得るようにしたことを特徴とす
   る組合わせ式軸受・可変速粘性カップリング。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の組合わせ式軸受・可
   変速粘性カップリングであって、乗シ物駆動オルタネー
   ター軸（１２）用の組合わせ式軸受・可変速粘性カップ
   リングにおいて、前記従動回転部材が冷却ファンを包含
   し、該冷却ファンがオルタネータ−を冷却するに充分な
   空気を供給し、前記駆動＋Ｅ］転部材が前記オルタネー
   タ−軸を包含し、前記冷却ファンがこの軸に装着してあ
   り、前記第ル−ス（３８）が前記オルタネータ−軸に結
   合してあり、前記第２レース（４０）が前記冷却ファン
   に結合しであることを特徴とする組合わせ式軸受・可変
   速粘性カップリング。 ３、特許請求の範囲第１項記載の組合わせ式軸受・可変
   速粘性カップリングであって、内外のハブ（５４，５６
   ）を有し、一方のハブ（５４）が動力を受けて前記駆動
   回転部材となり、他方のハブ（５６）が駆動されて前記
   従動回転部材となっている型の駆動プーリ用の組合わせ
   式軸受・可変速粘性カップリングにおいて、前記軸受（
   ５８）のころがり要素（６４）が相対回転可能に前記両
   ハブを支持しかつ協働して前記駆動ハブが前記従動ハブ
   を可変小動できるようにしており、前記第ル−ス（６０
   ）が前記駆動ハブに固定され、前記第２レース（６２）
   が前記従動ハブに固定されていることを特徴とする組合
   わせ式軸受・可変速粘性カップリング。