JPS6350501Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は粘性流体カツプリングに関し、ここ
で流体は相対回転する入力及び出力カツプリング
部材間にトルクを伝達する。このような流体カツ
プリングは種々の種類の負荷装置を駆動するのに
利用でき、特に冷却フアンのような内燃機関の付
属装置を駆動するのに有用である。

通常、内燃機関のフアンのための粘性流体カツ
プリングはロータとハウジングを包含し、これら
の相互に近接して配置され、かつ互いに交叉する
環状のランドと溝を有し、それらの間に粘性流体
が配置される。粘性流体はロータからハウジング
トルクを伝達する機能を有する。フアンを駆動す
るのにこのようなカツプリングを利用する際の利
点は良く知られている。すなわちロータとハウジ
ングとの対向せん断面がランドと溝とを有するこ
とにより、これらを有しないものに比べて、せん
断表面積を著しく増大し、同じ大きさのトルクを
伝達する場合には、装置全体を小型とすることが
でき、また同じ大きさであつた場合には従来のも
のに比べて伝達トルクを大きくすることとなる利
点を有する。

従来のある種の粘性流体カツプリングは、ロー
タからハウジングへ伝達されるトルク量を制御す
るため、ランドと溝との間の粘性流体量を制御す
る装置を有する。ロータとハウジングとの間に流
体が存在しなければ、それらの間にトルクの伝達
は行なわれない。他方ロータが流体で包囲されて
いると、可能な最大トルクがロータからハウジン
グへ伝達される。中間レベルの流体においては中
間程度のトルク伝達が行なわれる。したがつてロ
ータからハウジングへのトルクの伝達は、それら
の間に配置される粘性流体量に直接関係を有す
る。

この種のカツプリングの代表的なものは、米国
特許第3809197号明細書に開示されており、その
主要部は第１図に示すようなものであるので、こ
れについてまず説明する。カツプリング１０はハ
ウジング１２とロータ１４を有する。ハウジング
１２は前方ハウジング部材１６と後方ハウジング
部材１８とからなる。環状フアン１９が固定具に
よりハウジング部材１８に固定される。フアン１
９はこれが関連する内燃機関のラジエータを通し
て、冷却空気を流動させる。ハウジング部材１６
は表面２０の周囲から直角方向に延び、かつハウ
ジング部材１８の外側部分２２を組立位置へ案内
するパイロツト部を有している。ハウジング部材
１６の環状リツプ２４は、両部材１６，１８を相
互に組付けるために、ハウジング部材１８を包み
込むようになつている。Ｏリングシール２５が両
部材１６，１８の間に設けられ、それらの間の粘
性流体の漏れを防止する。

両部材１６，１８は作動室２６を形成し、そこ
でロータ１４が回転する。ロータ１４は皿状でシ
ヤフト３０に固定されたハブ部２８を有する。シ
ヤフト３０はロータ１４を駆動するのに利用さ
れ、かつエンジンのクランクシヤフトからベルト
により駆動される図示しないプーリにより駆動さ
れる。

ロータ１４とハウジング１８のトルク伝達面
に、複数のランドと溝とからなるせん断表面が設
けられる。さらにこれと反対側のロータ１４の半
径方向外面とそれを対向するハウジング１８の半
径方向外面３１，３３は、相互に1.01mm
（0.040in）より大きくない間隔にされて、前記ト
ルクの伝達を助けており、前記間隔は好ましくは
0.304〜0.608mm（0.012〜0.025in）にされる。ハウ
ジング部材１６のランドと溝はロータ１４のラン
ド及び溝と共働し、図示のように相互に交叉して
いる。ハウジング部材１６とロータ１４の半径方
向外面のランドと溝は非常に近接され、すなわち
0.76mm（0.030in）より大きくない間隔、好ましく
は0.25〜0.608mm（0.010〜0.025in）の間隔にされ、
ロータ１４とハウジング１２の間にトルク伝達領
域を形成している。粘性流体がロータ１４の周囲
で作動室２６内に入れられ、トルクをロータ１４
から通常の方法でハウジング１２へ伝達する。

フアンを駆動するのに必要なトルクは作動室内
の粘性流体の量と、相互に近接配置され、かつ流
体により覆われるロータ１４とハウジング１２の
表面積の関数である。そしてせん断空間から粘性
流体をポンプ給送する部材と、せん断空間へ戻る
流体の流れを制御する感温バルブが、流体の流
量、すなわちトルクを制御するために設けられ
る。

粘性流体が、ハウジング部材１６の表面３２に
形成された１対のポンプ面の作用により、せん断
空間からポンプ給送される。ポンプ面は開口５０
を有するロータ１４の回転によりハウジング部材
１６の周囲に引きづられる時、流体の経路内に設
けられる。ポンプ面は総体的に表面３２に直角に
延びている。ポンプ面へ流体の衝突することによ
り、ハウジング１２の隣接する各吐出開口３４
（１つだけを図示する）に圧力を生じる。吐出開
口３４は各軸方向に延びる通路３６と連通してい
る。軸方向に延びる通路３６は半径方向に延びる
通路３８と連通しており、これはハウジング部材
１６に設けられ、１つだけを図示してある。流体
は作動室２６から半径方向に延びる通路３６だけ
を介して貯蔵室４０へ流れる。

貯蔵室４０はロータ１４とハウジング１２の回
転軸を包囲する環状室からなる。貯蔵室４０はハ
ウジング部材１６により形成され、粘性流体を貯
蔵する。貯蔵室４０の容積はカツプリング１０内
のほぼすべての粘性流体がそこに貯蔵できるよう
な大きさにされる。

粘性流体は感温バルブ装置４２の制御下で作動
室２６へ流入する。バルブ装置４２はバルブ部材
４４を有し、これは貯蔵室４０の一側を形成する
環状プレート４６と共働する。プレート４６はそ
の周縁でハウジング部材１６に適当に固定され、
かつ１対の180゜の間隔の吸入開口４８を有し、こ
れは１つだけを図示してあり、また貯蔵室４０と
作動室２６に連通している。バルブ部材４４はプ
レート４６に対して半径方向に延び、かつ吸入開
口４８に重なる位置をとることができる。バルブ
部材４４が開口４８を閉鎖すると、流体は貯蔵室
４０から作動室２６へ流れなくなる。バルブ部材
４４が開口４８が覆われないように移動すると、
流体は貯蔵室４０から開口４８を介して作動室２
６へ流れる。

バルブ部材４４は、ハウジング部材１６に取付
けられた感温性バイメタル製螺旋スプリング５２
により、プレート４６に相対的に移動される。ス
プリング５２はシヤフト５４の一端に連結され
る。シヤフト５４は回転でき、その他端がバルブ
部材４４に連結される。スプリング５２はそれが
周囲の包囲温度の変化を感知した時、シヤフト５
４の回転に影響を与える形態のものである。シヤ
フト５４はプレート４６に対するバルブ部材４４
の移動に影響を与える。この構成及び作用は米国
特許第3263783号明細書に記載されている。

このようなカツプリング１０は、ランド及び溝
を有しない形式のものに比べて前記のような利点
をもつものではあるが、例えば自動車が夜間駐車
しているような場合に、静止状態におかれると、
流体はカツプリング内でその最下レベルになる。
比較的低温、たとえば−1.1℃（30〓）のような
朝は、流体の粘度は増大して流体の流動性が低下
し、しかもこのような流体が多量作動室２６内に
配置されている。そのためこの流体がポンプ給送
されるまで時間がかかり、その間トルクがロータ
１４からハウジング１２へ伝達されて望ましくな
いフアン１９の駆動がなされる。始動中このポン
プ給送されるまでの時間は２〜５分間にもなり、
このように低温の場合にポンプ給送時間が増大す
るという問題がある。

それはこのカツプリング１０の貯蔵室４０の容
積Ａの作動室２６の容積Ｂとに関係があり、作動
室２６は第１図に示すように環状プレート４６の
表面６０とロータ１４の対向表面６２との間及び
ハウジング部材１８の傾斜表面５６とロータ１４
の対向表面６１との間に形成されているが、それ
らの間の間隔が大きいためにカツプリング１０の
静止状態において、約58％の粘性流体が作動室２
６にあり、42％の粘性流体が貯蔵室４０にある。
実際にはカツプリングの静止状態において、約45
mlの流体が貯蔵室４０に約19ml、作動室２６に約
26ml保有される。作動室２６の26mlのうちの約６
mlは、流体が開口３４の半径最外方部分を越えて
半径方向外方に存することから、作動の全過程に
おいて作動室２６内に残つていることによる。

また通常時において、エンジンが始動してこの
ようなカツプリング１０が回転を始めると、流体
が作動室２６内に存在する間、フアン１９がロー
タ１４とほぼ同じ角速度で回転されて、貯蔵室４
０と作動室２６内の流体は、カツプリング１０の
周縁に向つて外方へ移動され、さらに貯蔵室４０
へポンプ給送される。この際作動室２６内の流体
の量が多いと、流体が作動室２６から排除され、
貯蔵室４０から吸入開口４８を介して作動室２６
へ流入できるようになるまでのポンプ給送時間は
所望時間より延び、この間フアン１９の角速度は
大きく減少するという問題もある。

この考案は、前記のような問題を解決するため
になされたものであつて、その目的は、静止状態
から回転する際、作動室から貯蔵室へ流体が送給
されるまでの時間を短縮して低温時における不要
のトルク伝達を極力抑制し、さらに通常時におい
てトルク伝達を迅速に行うことのできるランド及
び溝を有するせん断表面を具備する粘性流体カツ
プリングを提供するにある。

この考案の前記のような目的は、作動室内の粘
性流体の体積を減少するとともに、貯蔵室内の粘
性流体の体積を増大することにより達成される。

そもそもカツプリング内の粘性流体の体積は、
カツプリングの回転中作動室内のロータと、ハウ
ジングとの間の駆動部分を完全に満たさなければ
ならない。さらに貯蔵室の寸法は、ロータを回転
可能に支持するのに利用されるベアリングより下
方の位置で、駆動カツプリングの静止流体レベル
を維持するのに十分でなければならない。

この考案は作動室内の流体体積を最低値まで減
少させており、カツプリングが静止状態にある
時、作動室内の流体の体積は、カツプリング内の
流体の体積の約1/3またはそれより少なくされる。
この体積の減少によりポンプ給送時間が短縮さ
れ、かつトルクの伝達が迅速にされる。カツプリ
ングに必要な粘性流体の全体積の全体的な減少も
可能になる。

この考案につき、第２図に示す実施例を参照し
て詳細に説明する。

第２図に第１図のものに関連して、この発明に
よる粘性流体カツプリング１０′を示してある。
第２図において第１図の要素と同様の要素を示す
のに、同一数字にダツシユを付けて使用してい
る。

第２図のカツプリング１０′と第１図のカツプ
リング１０の間の基本的な相違点は、作動室２
６′の容積B′を減少し、貯蔵室４０′の容積A′を
増大したことである。第２図において、第１図の
貯蔵室４０におけるより大きいパーセントの流体
が貯蔵室４０′内に存在する。第２図のカツプリ
ングの貯蔵室４０′及び作動室２６′の容積A′，
B′は、カツプリング１０′が静止状態にある時、
カツプリング１０′の流体レベルがカツプリング
１０におけるのと同一になるようになつている。
容積A′と容積B′の間に与えられた関係は好まし
くは、容積A′が32mlで、容積B′が13mlの範囲で
ある。この13mlのうちの６mlはすべての時間にわ
たつて作動室２６′内に残る。これを第１図にお
ける容積Ａが19ml及び容積Ｂが26mlと比較する。
容積B′が13mlに減少させることにより、作動室
２６′から貯蔵室４０′へ流体をポンプ給送するの
に要する時間が大きく減少される。さらにこの構
成により、入力部材と出力部材の間に所要のトル
ク伝達を行うにあたり、第１図のカツプリング１
０におけるより低粘性の流体が第２図のカツプリ
ング１０′において利用できることがわかる。流
体の粘性を小さくすることにより、流体の吐出開
口３４′から貯蔵室４０′へより容易に流出できる
から、ポンプ給送時間が改善できる。

各カツプリング１０，１０′に対して同一流体
が利用されて使用された場合、作動室２６′の容
積を減少させることにより、第２図のカツプリン
グ１０′の最高（ピーク）出力トルクは、約
15ft.1bまで増大され、第１図のカツプリング１
０においては最大出力トルクは約13.5ft.1bであつ
た、このトルクの変化は主に作動室の容積を減少
させたことによるものであることがわかつた。前
記ではロータ１４′に対する入力角速度を毎分
4000回転とした。この結果出力角速度はカツプリ
ング１０′においては毎分3650回転で、カツプリ
ング１０においては毎分3450回転である。

前記のような改善はロータ１４′のハブ部２
８′とランドおよび溝との間の中間部分５９′の一
方の表面６１′を対向するハウジング部材１８′の
後方傾斜環状面５６′とほぼ平行に、かつ微小間
隔をもつて形成するとともに、中間部分５９′の
他方の表面６２′を一方の表面６１′とほぼ平行に
形成し、さらに中間部分５９′の他方の表面６
２′と対向する環状プレート４６′の表面６０′は
表面６２′とほぼ平行にかつ微小間隔をもつて形
成していることにより達成される。

このようにして、ロータ１４′の中間部分５
９′の一方の表面６１′はハウジング部材１８′の
半径方向内方部分の内面５６′に適合する形態と
なり、２つの半径方向内方面５６′，６２′は相互
が1.27mm（0.050in）より大きくない間隔、好まし
くは0.5〜1.01mm（0.020〜0.040in）の間隔に配置
される。さらにプレート４６′の表面６０′はロー
タ１４′の表面６２′に適合する形状を有して、ハ
ブ部２８′を包囲しており、２表面６０′，６２′
は相互が1.77mm（0.070in）より大きくない間隔、
好ましくは0.5〜1.01mmの間隔に配置される。プ
レート４６′の外周縁部は前方ハウジング部材１
６′に取付けられている。前方ハウジング部材１
６′、後方ハウジング部材１８′、ロータ１４′及
びプレート４６′の形状は、２つの隣接面間に摩
擦が起こらないような高い製造許容範囲を与える
ように形成される。このように形成された結果、
静止状態における作動室２６′の容積は、カツプ
リング１０′内の全流体容積の約1/3またはそれよ
り小さくされる。それにより、静止状態において
２／３の流体容積が貯蔵室40′内に残されることにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の典型的な粘性流体カツプリン
グの半部の縦断面図、第２図は、この考案の実施
例の第１図と同様の縦断面図である。 １０′……粘性流体カツプリング、１２′……ハ
ウジング、１４′……環状ロータ、１６′，１８′
……ハウジング部材、２６′……作動室、２８′…
…ハブ部、３０′……シヤフト、３１′，３３′…
…外方環状面、３４′……吐出開口、４０′……貯
蔵室、４２′，５４′……バルブ制御部材、４４′
……バルブ部材、４６′……環状プレート、４
８′……吸入開口、５６′……後方傾斜環状面、５
９′……中間部分、６０′……プレート４６′の表
面、６１′，６２′……中間部分の表面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 半径方向に延び、半径方向外方に複数の環状ラ
   ンド及び溝が形成されたせん断表面を有する外方
   環状面を具えた一方のハウジング部材１６′及び
   半径方向に延びて、前記環状面との間に環状空間
   を形成する外方環状面３３′と半径方向内方にお
   いて後方に向けて傾斜している傾斜環状面５６′
   を有する他方のハウジング部材１８′によつて構
   成されるハウジング１２′と、ハウジング部材１
   ８′に回転可能に支持され、かつ前記環状空間内
   に一部が配置されているシヤフト３０′と、前記
   環状空間内においてシヤフト３０′に固定された
   環状ロータ１４′であつて半径方向に延びる１対
   の外方環状面を有し、この外方環状面の一方が前
   記環状ランド及び溝と0.76mmより大きくない間隔
   をおいて互いに交叉する溝及び環状ランドからな
   るせん断表面を有し、同環状面の他方３１′が他
   方のハウジング部材１８′の他方の外方環状面３
   ３′と1.01mmより大きくない間隔をおいて配置さ
   れている環状ロータ１４′と、前記環状空間内に
   収容されてハウジング１２′または環状ロータ１
   ４′から、それぞれ環状ロータ１４′またはハウジ
   ング１２′へトルクを伝達するため、前記両せん
   断表面間にも位置する流体と、前記両せん断表面
   より半径方向内方において、ハウジング部材１
   ６′に取付けられて環状空間内に配置され、前記
   環状空間を一方のハウジング部材１６′との間の
   貯蔵室４０′及び他方のハウジング部材１８′との
   間の作動室２６′に分割してこれらの両室２６′，
   ４０′を前記せん断表面より半径方向内方に形成
   し、さらに貯蔵室４０′から作動室２６′へ流通す
   る吸入開口４８′を有する環状プレート４６′と、
   ハウジング１２′の周囲の大気温度に応答して貯
   蔵室４０′から作動室２６′へ流体を選択的に流動
   させるバルブ部材４４′と、バルブ部材４４′を制
   御する制御部材４２′，５４′と、作動室２６′と
   貯蔵室４０′とを連通する吐出開口部３４′と、ハ
   ウジング１２′及びロータ１４′の回転中に、吐出
   開口部３４′を介して作動室２６′から貯蔵室４
   ０′へ流体を給送するポンプ部材と、環状ロータ
   １４′のハブ部２８′と外方環状面３１′との半径
   方向中間に設けられた中間部分とを具えている粘
   性流体カツプリングにおいて、(a)ロータ１４′の
   半径方向中間部分５９′の一方の表面６１′は、他
   方のハウジング部材１８′の後方傾斜環状面５
   ６′とほぼ平行に、かつ1.27mmより大きくない間
   隔をおいて延びており、(b)ロータ１４′の中間部
   分５９′の他方の表面６２′は一方の表面６１′と
   ほぼ平行に延びており、(c)ロータ１４′の中間部
   分５９′の他方の表面６２′と対向して位置する環
   状プレート４６′の表面６０′は表面６２′とほぼ
   平行に、かつ1.27mmより大きくない間隔をおいて
   延びており、(d)貯蔵室４０′の流体収容部はカツ
   プリングが静止しているときは、カツプリング内
   の流体の大部分を収容するような大きさとなつて
   おり、(e)作動室２６′の流体収容部はカツプリン
   グが静止しているときは、残りの流体を収容する
   ような大きさとなつていることを特徴とする粘性
   流体カツプリング。