JPS6343612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は粘性流体継手、さらに詳しくは比較
的低いトルク伝達期間中は、流体が逆流するのを
阻止する型式の継手に関する。

（従来の技術） この発明は、米国許第4056178号、および米国
特許第4064980号と関連する。

この発明はこの明細書を読めば明らかなよう
に、多くの種々の使用目的に用いられる流体継手
として有効なものである。しかし、この発明は乗
物エンジンのラジエータ冷却フアンの駆動装置に
適用するのが特に有用であり、この明細書はこの
場合を例として説明する。

粘性流体継手はラジエータ冷却フアンに伝達さ
れるトルク量を制御するために自動車工業界にお
いて広く用いられている。このような粘性流体継
手の最も一般的な形式のものは、米国特許第
3055473号、同第3809197号明細書に記載されたよ
うな空気温度応答型のものである。

（発明が解決しようとする問題点） このような粘性流体継手に共通する欠点は朝患
い（モーニングシクネス）、すなわちエンジンが
停止しているとき、作動室内に遠心ポンプを通つ
て粘性流体が逆流して、朝のような低温状態でエ
ンジンを始動するとき、フアンの不都合な高速運
転を起す傾向をもつことである。低温始動時にお
ける粘性流体継手の高速運転の問題は、エンジン
が停止しているとき作動室へ流入した流体を速か
に流体貯留室へ圧送する高能力ポンプの使用によ
つて部分的に軽減された。この手段により朝患い
の期間を減少したが、これを完全に無くすもので
はなかつた。そのうえ、高能力ポンプの使用に伴
つて発生した２次的な問題は、或る運転様式に対
しては、流体は作動室内へ流入されるよりも一層
速かに貯留室内に圧送される傾向をもつことであ
る。これにより予測できない応答時間を生じ、か
つ入力速度がフアン速度よりも極めて高いような
場合には、フアン駆動装置は全く係合しなくなる
という問題点もあつた。

上記朝患いに関する問題点を解決するため、本
発明の粘性流体クラツチは、作動室から流体を移
動し、かつ軸の軸線に隣接する流体貯留室内の一
点に流体を排出するポンプを備え、エンジンの停
止中における作動室内への流体の流入を効果的に
無くし、これによつて次回の低温始動時に際し朝
患を有効になくすことを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、粘性流体ク
ラツチとしての主要構成である、クラツチ部材、
カバー部材、弁部材、両部材間に形成される作動
室および流体貯留室、貯留室をカバー部材ととも
に画成する貯留カバー、作動室から貯留室へ流体
を移動させるポンプ、を有するとともに、 クラツチ部材とカバー部材の対向面に互いに
組み合う多数のランドおよび溝を設けて粘性せ
ん断表面を形成したこと、 軸の軸線と隣接する流体貯留室内の一点に末
端の排出口を有し作動の停止期間中にカバー部
材が回転せず、かつ流体のほぼ全てが流体貯留
室にあるとき、流体貯留室の流体の最上面が常
に軸および排出口よりも下方に位置するように
ポンプの出口に連結された直立パイプを設けた
こと、 流体貯留室がクラツチ内に含まれる全流体の
２倍を超える流体貯留容積を有すること、 を構成上の特徴としている。

（作用） 第２図および第３図（本願発明の場合）、第４
図および第５図（実公昭53−15882号公報に記載
の従来技術の場合）を比較して本願発明の作用を
説明する。

第２図および第３図は流体貯留室５８を形成す
る出力部材１２の断面図を示しており、出力部材
１２は軸Ａの回りを回転し、流体貯留室５８内に
半径方向に延びた直立パイプ６０を有している。

第４図および第５図は従来技術における油貯留
室３を形成する出力部材ａを示し、軸Ａの回りを
回転し、油流出管２２が内壁１５と軸Ａとの間の
ほぼ中間にその開口端を有している。

第２図および第４図は粘性流体又は油Ｆが直立
パイプ６０又は２２を介して流体貯留室５８又は
３にくみ上げられた状態を示し、矢印Ｒの方向に
装置を回転させて遠心力により貯留室の半径方向
最も外側の周辺に流体を分配する。

この作動状態では両方の装置とも同一の動作を
行う。そして各々の直立パイプ６０，２２は流体
貯留室からポンプへ流体が逆流することを防いで
いる。

しかしながら、主エンジンが回転を停止し、フ
アンクラツチの動作が全て停止したとき、流体Ｆ
は流体貯留室の最下方部分に集まることになる
（第３図および第５図参照）。

すなわち、フアン駆動が作動しないエンジン停
止時においては、全ての流体Ｆは図に示すように
流体貯留室に残る。

この種の装置では、このような条件下で流体Ｆ
の容量は流体の表面が回転軸の下に溜ることにな
る。

“朝患い”はエンジンが停止しているとき直立
パイプを介して流体Ｆの流れがポンプに逆流する
ことにより生じる。

第５図に示すように従来技術の装置では、回転
軸Ａの底部に直立パイプ２２が位置するように、
ハウジング１５が停止したときはいつでも、出口
１４のレベルに相当する流体のレベルまで流体Ｆ
はポンプに排出される。

そして、次回に続くエンジンの始動時、第４図
および第５図に示す装置では朝患いを生じること
になる。

しかし、本発明の装置の場合、上記のように底
部に直立パイプが配置されようとも直立パイプは
流体貯留室内の流体Ｆのレベルよりも上に延びて
おり、流体が排出口６４から流出する恐れはな
い。

つまり、本願発明の構成によれば直立パイプの
最終回転位置および流体貯留室内の流体Ｆのレベ
ルに関係なく、エンジン停止時に流体が逆流する
という問題点を解決できることになる。

次に、弁部材を第２位置にすることにより、流
体貯留室の半径方向外方端部から作動室へと流体
が流入する。

そして、この流体は高トルク伝達期間中には多
数のランドおよび溝を設けてなる粘性せん断表面
部分でトルクの伝達が十分なされ、ポンプの作用
により流体を遠心力の影響下で作動室と流体貯留
室との間を流動することになる。

したがつて、比較的低いトルク伝達期間中は流
体が逆流するのを阻止するとともに弁部材を介し
て流体貯留室から作動室側へ流体を流入させ、ク
ラツチ部材とカバー部材の対向面に形成したラン
ドおよび溝によつて効率的なトルク伝達が早急に
行なわれることから低温状態でエンジンを始動す
るときフアンの不都合な高速運転がなくなり、予
め決められた応答時間で粘性流体クラツチを作動
させることができる。

（実施例） この発明の種々の他の特徴および利点は、この
発明の実施例を示す図面を参照しての以下の詳細
な説明から明らかになるであろう。

この発明は改良型粘性流体クラツチ１０を提供
する。粘性流体クラツチ１０はカバー部材として
の出力継手部材１２およびクラツチ部材としての
入力継手部材１４を含む。出力部材１２は締具１
８によつて取付けられたフアン羽根１６を有す
る。フアン羽根１６は回転してフアンが組付けら
れたエンジンまたはラジエータを通過する冷却空
気流を提供するためのものである。

出力部材１２は２つの部分で構成され、その使
用目的のために、これらを前方継手部材２０およ
び後方継手部材２２と称する。前方継手部材２０
は円周方向に延び、かつ後方継手部材２２の外側
部分２６をこれと組合わせ状態で案内する表面２
４をもつ案内部分を有する。継手部材２０，２２
が図示のように組合わされ、前方継手部材２０の
部分２８を屈曲して前方継手部材２０を後方継手
部材２２に接合して密閉する。好適なガスケツト
型Ｏリングシール３０が継手部材２０，２２間に
提供されて、両部材間の粘性剪断流体の漏洩を防
止する。

前方継手部材２０および後方継手部材２２を組
立てて構成された出力部材１２は、内部に入力部
材１４が回転する室３２を形成する。入力部材１
４は一体造りのハブ部分３４をもつ円板状部材で
ある。ハブ部分３４は入力部材１４を駆動するた
めの入力軸を含む軸３６と共に回転するように取
付けられている。出力部材１２は中間軸受３７で
軸３６のまわりに回転するように取付けられてい
る。軸３６は粘性流体継手１０が組付けられたエ
ンジンのクランク軸から、ベルトによつて駆動さ
れる滑車（図示されていない）のような任意適当
な方法で駆動される。

入力部材１４および出力部材１２は、相互に極
めて接近して隔たつて配置された協動する剪断表
面を有し、これら表面間の空所内の粘性剪断媒体
が、入力部材１４から出力部材１２にトルクを伝
達し、これによつて出力部材１２が粘性剪断流体
を介してのトルク伝達作用によつて回転する。

図示の実施例において、入力部材１４と出力部
材１２の対向面に互いに組み合う複数のランド、
溝部を設けてトルク伝達を行なう粘性せん断表面
を形成している。すなわち、一連のランド、溝部
４０が入力部材１４の前面３８に形成されてい
る。またこれと協動するランド、溝部４４が前方
継手部材２０の面４２に形成されている。前方継
手部材２０に設けられたランド、溝部４４は、入
力継手部材１４に設けられたランド、溝部４０と
協動し、かつ図面に示すように互に組合わされて
いる。ランドおよび溝部は極めて接近した間隔を
保つて配置され、かつ比較的その数が多いから、
入口継手部材１４と出力継手部材１２との間のト
ルク伝達のための可成りの面積を提供する。実際
の例を挙げれば、入力部材１４に設けられた９個
の溝内に突出する出力部材１２に設けられた９個
の突出ランド、および出力部材１２に設けられた
８個の溝内に突出する入力部材１４に設けられた
８個のランドをもつている。

協働するランド、溝部４０，４４は、前方継手
部材２０の前面に衝突する風の方向を向いて配置
される。この結果、トルク伝達作用を実施するラ
ンド、溝部４０，４４は矢印４６で示す圧風に極
力接近して配置される。ランド、溝部４０，４４
を上記のように配置することによつて可成りの熱
量を消散できる。このことは圧風を受ける側と反
対側の入力部材１４の後面にランド、溝部を設け
る設定をかなり改善したこととなる。またこの装
置はかなりの数の協働するランド、溝部を具備し
てかなりのトルク伝達表面積を提供するから、こ
の粘性流体継手はかなりのトルク伝達能力を有す
ることが明らかである。これによつて、例えばト
ラツク、自動車などの車輌におけるフアン羽根の
駆動用として容易に用いられる粘性流体継手を構
成させる。

既知のように、フアン１６を駆動するため、ラ
ンド、溝部４０，４４間で伝達されるトルク量
は、両者間の作動室内の流体量の関数である。こ
の発明の粘性流体継手は、作動室内の粘性剪断流
体量がフアンに対する冷却要求によつて変動でき
る構造を具備している。この作用は一般に作動室
から粘性流体を圧送する機構、および作動室内に
戻る流体の流量を制御する感温弁機構の使用によ
つて実施される。

粘性剪断流体は前方継手部材２０の面４２に形
成された一対のポンプ作用表面の作用によつて作
動室から圧送される。このポンプ装置は当業界で
は公知であり、その詳細は米国特許第3809197号
明細書に記述されており、その内容はこの発明の
明細書に参照されている。ポンプの作用表面は、
入力部材１４の回転によつて前方継手部材２０の
まわりに流体が流されるとき、流体の流れ経路内
に配置される。これらの表面に流体が衝突する
と、出力部材１２の隣接ポンプの出口に圧力を生
ずる。ポンプの排出ポート４８は各軸方向に延び
る通路と連通し図にはその１つが５０で示されて
いる。通路５０は前方継手部材２０の半径方向に
延びる通路５２と連通する。通路５２はその半径
方向外端をプラグまたは圧入ボール５４のような
適当な手段で密閉されている。同様な通路（図示
されていない）が他のポンプ排出ポート（図示さ
れていない）と連通している。

ポンプ排出ポート４８は前方継手部材２０の面
４２に設けられた弧状溝５６の一端に形成されて
いる。各弧状溝５６は出力部材１２の周囲に180゜
よりわずかに小さい範囲に延び、粘性流体は出力
部材１２に対する入力部材１４の回転運動によつ
て該通路内を移動される。流体が上述の表面に衝
突すると、流体は次にポンプ排出ポート４８と組
合わされた通路５０を通り、この通路を半径方向
内方へ通過したのち、直立パイプ６０を通つて中
央流体貯留室に流入する。通路５２の半径方向最
内方端には大径孔６２が設けられ、この中に直立
パイプ６０の半径方向最外端が圧入されている。
直立パイプ６０は大径孔６２から半径方向内向き
に延び、軸３６の中心軸線と隣接した流体貯留室
５８内の１点に末端の排出口がある。流体貯留室
５８は、入力部材１４および出力部材１２の回転
軸線を囲み、かつその中に粘性剪断流体を貯留す
る。流体貯留室５８の容量は、実質的にすべての
粘性剪断流体をその中に貯留でき、かつ貯留され
た流体が常時排出口６４より半径方向外方にある
ように定められる。よつて、クラツチ１０内のす
べての粘性流体が流体貯留室５８内に貯留された
場合でも、流体は通路５０，５２から移動したり
逆流することはない。このことは出力部材１２が
回転していない時の静的および動的状態の両方に
対してあてはまり、流体貯留室５８内に貯留され
たすべての粘性流体は、流体貯留室５８の最低部
分に位置し、その表面は排出口６４より下方にあ
る。出力部材１２が回転しているとき、流体貯留
室５８内に貯留された粘性流体は、流体貯留室５
８の半径方向最外方壁に向けられ、この壁の表面
は排出口６４に対して半径方向外方にある。さら
に直立パイプが図示されてはいないが、流体貯留
室５８内に半径方向下向きに垂下しているとき
は、粘性流体を通路５０，５２に戻すドレン通路
として利用できない。排出口６４の軸３６の回転
軸線からの実際の半径方向の変位量は、排出口６
４の半径方向外方に位置する流体貯留室５８の部
分の粘性流体貯留能力によつて変化できることが
考えられる。ここで重要なことは、すべての状態
の下で、流体貯留室５８内の粘性流体のレベルが
排出口６４より半径方向外方にあることである。

上述のように、粘性剪断流体は温度応答性機構
６６の制御を受けて、ランド、溝部４０，４４に
よつて形成された作動室内に流入する。弁機構６
６は特に流体貯留室５８から作動室内への粘性流
体の流量を制御する。弁機構６６は流体貯留室５
８の一方の側部を形成する貯留カバーとしての板
部材７０と協働する弁部材６８を含む。板部材７
０はその周辺を続る前方継手部材２０に取付けら
れ、これによつて流体貯留室５８の後方側部を形
成する。板部材７０は一対の孔７２，７４をも
ち、弁部材６８は板部材７０に対し半径方向に延
び、かつ孔７２，７４に選択的にかぶさるように
位置することができる。もし弁部材６８が孔７
２，７４を閉じれば、流体はこれらの孔７２，７
４を通つて貯留室５８からその外方へ流動するこ
とはできない。弁部材６８が孔７２，７４を開く
ように移動すると、流体はこれらの孔を通り、流
体貯留室５８から区域７６に流入し、この区域か
ら遠心力によつてランド、溝部４０，４４間の作
動室内に外向きに流動される。

弁部材６８は、通常の方法で前方継手部材２０
に取付けられ、かつ軸８０と結合された感温バイ
メタル７８によつて、板部材７０および孔７２，
７４に対して移動される。軸８０はその内端で点
溶接によるなどして中間ワツシヤ８２を介して弁
部材６８に適切に結合され、ワツシヤ８２とバイ
メタル７８のほぼ中間の軸８０内の小径部分に設
けたＯリング８４が軸８０と前方継手部材２０と
の間のシールを形成する。感温バイメタル７８
は、該要素を取り巻く周囲温度の変化を感知する
と、軸部材８０を回転させる。次に軸部材８０は
板部材７０に対し弁部材６８を移動させる。この
温度応答型弁装置は、米国特許第3263783号明細
書に記載の弁装置と類似のもので、この装置の構
造および動作のさらに詳細な説明はこれを参照さ
れたい。

ランド、溝部４０，４４間の作動室内の流体量
を減少することを望むならば、流体貯留室５８か
ら区域７６への流体の流れを阻止する位置に、弁
部材６８を移動させることを必要とする。これは
感温バイメタル７８が低温度を感知することによ
り行なわれフアン１６の回転を減少させるように
働かせる。即ち、弁部材６８が板部材７０の孔７
２，７４を閉じ、あるいはその開度を減少させる
ことにより作動室への流入流量を最小にする。こ
の結果入力部材１４が回転すると、通路５６の表
面に対して流体を移動し、この流体は次にポンプ
排出ポート４８を通つて流れ、次いで直立パイプ
６０の排出口６４から流体貯留室５８に流入す
る。この結果作動室内の流体の正味量が減少し
て、フアン羽根１６に伝達されるトルクを減少す
る。

一方フアン羽根１６への伝達トルクを増加した
いときは、ランド、溝部４０，４４のそれぞれに
よつて形成された作動室内の流体量を増加する必
要がある。従つて、孔７２，７４は、ポンプ作用
表面の作用により作動室から流される流体量より
も多量の流体を作動室へ流さなければならない。
ゆえに、孔７２，７４は作動室に付加された流体
の正味増量が得られるように、作動室へ充分な量
の流体を流入させるために、弁部材６８によつて
開かれなければならない。

粘性流体クラツチ１０が休止状態のときは、全
粘性剪断流体はクラツチ１０の下方部分に位置し
ている。次にこのクラツチ１０の軸３６がエンジ
ンの回転とともに回転すると、粘性剪断流体は回
転による遠心力によつてクラツチ１０の周辺をめ
ぐつて引きずられ、粘性剪断流体は作動室内へ外
向きに流れる。粘性剪断流体はひとたび作動室内
に入ると、ポンプ作動表面のポンプ作用によつて
流体貯留室５８に流入し、流体貯留室５８からの
流体の流量は弁部材６８の制御を受ける。入力部
材１４が出力部材１２に対して回転すると、互に
組合つたランド、溝部４０，４４間の作動室内の
粘性剪断流体は、入力部材１４から出力部材１２
にトルクを伝達しフアン羽根１６の回転を行な
う。この回転が起ると、その詳細は米国特許第
3809197号明細書に記載されているように、入力
部材１４および出力部材１２に設けられた半径方
向溝が周期的に一致する状態が生ずる。この状態
が生ずると、流体貯留室５８から半径方向外向き
の流体の流量に対する相対的に大きな通路を形成
し、これによつて入力部材１４および出力部材１
２の外周辺において作動室を充填する。これらの
溝は一致したときのみでなく、常時半径方向外向
きの流れを提供し、始動の際をも含めて流体貯留
室５８からの流れによる急速な応答を提供する。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように、軸の軸
線と隣接する流体貯留室内の一点に末端の排出口
を有し、クラツチ部材を介して低トルク伝達期間
中に流体のほぼ全てを流体貯留室に戻したとき貯
留された流体の最上面が常に排出口よりも軸の半
径方向外方にあるようにポンプの出口に連結され
た直立パイプを設けたので、エンジンが停止して
いるとき、即ち遠心力が作用しないとき、作動室
内への流体の流入をなくすこととなり、次回の低
温始動時に際し、フアンの不都合な高速運転を起
こす原因を断つことができる。

さらにエンジンの始動とともにクラツチ部材の
軸が回転し、弁部材の作動により流体貯留室から
作動室へと流体が流入し、クラツチ部材とカバー
部材の対向面に設けたランドおよび溝によつて急
速にトルク伝達が可能となるのでクラツチ作動の
応答時間を短縮させるとともに予め決められた応
答時間で粘性流体クラツチを作動させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の縦断正面図、第
２図および第３図は粘性流体クラツチの作動時と
停止時における本発明に係る流体貯留室の各断面
図、第４図および第５図は従来技術における第２
図および第３図と同様の状態における油貯留室の
各断面図である。 １０……流体クラツチ、１２……出力部材（ク
ラツチ部材）、１４……入力部材（カバー部材）、
２０……前方継手部材、２２……後方継手部材、
２８……前方継手部材、３６……軸、４０，４４
……ランド、溝部、４８……ポンプ排出ポート、
５０，５２……通路、５８……流体貯留室、６０
……直立パイプ、６４……排出口、６６……感温
弁機構、６８……弁部材、７０……板（貯留カバ
ー）、７２，７４……孔、７８……感温バイメタ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸３６とともに回転可能に取付けられたクラ
   ツチ部材１４と、 このクラツチ部材に関連して前記軸のまわりに
   回転可能に配置されたカバー部材１２と、 前記クラツチ部材とカバー部材の対向面に互い
   に組み合う多数のランドおよび溝４０，４４を設
   けて粘性せん断表面を形成し、両部材間にトルク
   を伝達するようにした作動室と、 前記クラツチ部材と隣接する、カバー部材上に
   配置され、かつこのカバー部材と組合つて前記軸
   と同軸的に配置されて、クラツチ内に含まれる全
   流体の２倍を超える流体貯留容積を有する環状流
   体貯留室５８を形成する貯留カバー７０と、 前記軸の半径方向外方端部であつて前記クラツ
   チ部材とカバー部材の隣接する部分に形成され、
   前記作動室から半径方向内向きに流体を移動する
   ように動作する少なくとも１つのポンプと、 前記軸の軸線と隣接する流体貯留室内の一点に
   末端の排出口６４を有し、作動の停止期間中に前
   記カバー部材が回転せず、かつ流体のほぼ全てが
   流体貯留室にあるとき、流体貯留室の流体の最上
   面が常に前記軸および前記排出口よりも下方に位
   置するように前記ポンプの出口に連結された直立
   パイプ６０と、 前記流体貯留室および作動室を選択的に連結す
   るように動作する弁部材６８とを含み、 弁部材が第１位置において流体貯留室内の流体
   が作動室に流入するのを防止し、第２位置におい
   て流体貯留室の半径方向外方端部と作動室との間
   で流体の流通を許し、クラツチ部材を介して高ト
   ルク伝達期間中には流体が流体貯留室内の流体に
   作用する遠心力の影響の下で両者間に流体を流動
   することを特徴とする粘性流体クラツチ。