JPH0261653B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、調整弁装置を有する流体継手に関
する。

この発明は多くの異る形態および適用範囲をも
つが、内燃機関のラジエータ冷却フアンを駆動す
るのに用いられる継手に適用して特に有用であ
り、ここではこれについて記述する。

粘性流体継手は、エンジン冷却フアン用として
長い間一般的なものとなつており、その理由は普
通の駆動軸により回転する従動フアンに比してエ
ンジンの馬力をかなり節約するからである。この
粘性流体継手は、冷却が必要な時にのみ係合され
て全速で運転し、冷却の必要が殆んど無いか又は
全くないときは、非係合の比較的低速状態で作動
するので馬力が節約される。

エンジンの馬力をむらがなく、大きく節約する
ために、当業者は調整弁装置を具えたこの発明と
同様の型式の流体継手を開発した。このようなも
のの１例として米国特許第3227254号に開示され
たものをあげることができる。簡単に云えば、こ
の発明における調整弁装置は、周囲の空気温度が
予め定めた温度範囲を越えて増大したとき、作用
室内の流体の量を漸進的に増大するように、温度
の増加につれて流体供給用開口を半径方向外方へ
向けて拡大するようになつている。

当業者にはよく知られているように、粘性流体
継手の出力速度と入力速度との関係は、流体の供
給、排出の関係によつて定まる作用室内の流体の
量によつて決まる。温度の増大に応答して流体が
最大出力速度を生ずるように作用室内に供給され
ると、温度下降時に温度上昇時におけると同様の
速度対温度曲線に従つてフアン速度を減少させる
ようになつている。しかし、実際にはこのように
ならずに、フアン速度が減少し始める前に事実上
20〓程度又は約12℃温度が下降することがわかつ
ている。この現象はヒステリシスと称され、以下
にその詳細について述べる。当業者にはよく知ら
れているように、ある程度のヒステリシスは内部
摩擦などのような因子のために不可避であるが、
過度のヒステリシスは、所定の周囲の空気温度に
おいて適切な冷却をするのに必要とするよりも高
い速度でフアンを駆動して、エンジンの馬力をを
浪費するから望ましくない。

ところで流体継手においては、単にヒステリシ
ス損失の低減を図るだけでなくこれと同時に温度
に応じて粘性流体の一方の室から他方の室への流
入量、流入速度等を調整することも流体継手の性
能向上およびエネルギ損失の低減の観点から重要
なことであるが、上記従来例では前記事項に加え
この双方の事項を満足できるものはなかつた。

従つて、この発明の目的は、ヒステリシス損失
を事実上減少することのできる調整弁装置を具え
た流体継手を提供するにある。

この発明の他の目的は、流体流入部の流通面積
を調整できると同時に、流通面積及び供給速度を
制限できる流体継手を提供するにある。

この発明の上記および他の目的は、第１回転部
材と、これに組合わされて流体室を形成するカバ
ーとを含む型式の流体継手を提供することによつ
て達成される。調整弁装置がこの流体継手と組合
わされて流体室を作用室と貯留室とに区分する。
第２回転部材が作用室内に配設されて、第１回転
部材と相対回転可能である。この調整弁装置は、
貯留室と作用室との間の流体の流量を制御するよ
うに作動し、かつ予め定めた状態に対する変動に
応答して、その作動を実施する調整弁装置と組合
わされた制御装置を含む。この継手は第１、第２
回転部材の回転速度の相違に応答して作用室から
貯留室内に流体を圧送するように作動する装置を
含む。調整弁装置は貯留室から作用室に流体を供
給する供給用開口を具えた板部材を有する。弁部
材が制御装置及び供給用開口に組合わされ、予め
定めた状態に対する変動に応答して供給用開口を
通る流体の流量を制御する。弁部材は板部材とほ
ぼ平行な平面内で移動するように配置されたほぼ
偏平な部材からなる。

流体継手におけるこの改善手段は、弁開口を具
えた弁部材を有し、調整弁装置を通る流体の流通
面積は供給用開口と弁開口との重なり面積によつ
て決定される。供給用開口及び弁開口は、弁部材
が閉じ位置から開き位置に移動するとき重なり部
の半径方向最外側点が半径方向外方へ移動するよ
うな形となつている。

さらに本発明では、弁開口と供給用開口との重
なり領域において、その円周方向の開口幅が小さ
い方の開口における前縁および後縁の各々が、弁
部材の移動範囲内で前記開口幅の大きい方の開口
における前側縁と交差するようになつている。

これにより弁部材の移動範囲において重なり部
をできるだけ小さくすることが可能となり、かつ
弁部材の小さなふれ角度で流体の流通面積を比較
的大きく変化でき、システリシス損失の低減を図
ることができる。

また、前縁が前側縁を通過する際の流通面積の
増加率を後縁が前側縁を通過する際の増加率より
も大きくすることにより、さらにヒステリシス損
失をより効果的に抑えることができる。

第１図は、この発明の流体継手の１好適実施例
を示す。この流体継手は、入力用第２回転部材１
１及び出力用第１回転部材１３を含む。第１回転
部材１３は鋳造金属製ハウジング１５及び鋳造金
属製第１カバー部材１７を含み、両部材１５，１
７は複数のボルト１９によつて結合される。この
発明に係る流体継手は、液冷式エンジンにより駆
動されるように構成され、これによりラジエータ
ー冷却フアンのような自動車用エンジン補機を駆
動する。フアン（図示せず）は、ハウジング１５
に形成された複数のねじ孔２１によつてハウジン
グ１５にボルト結合される。しかし、この発明
は、後述するようなものを除き、特定の流体継手
に限定するものではない。

流体継手は入力軸２３を含み、この軸に第２回
転部材１１が取付けられる。入力軸２３はフラン
ジＦによつて駆動され、該フランジＦはエンジン
の水ポンプ（図示せず）のフランジにボルト結合
される。入力軸２３は、軸受２５の内レースを支
持し、軸受２５はハウジング１５に装着される。
入力軸２３の前方端（第１図の左方端）は、ころ
軸受２７で支持され、該軸受２７はカバー部材１
７に装着される。

第２回転部材１１は環状で、ハブ２９及び円板
部分３１を含む。ウエブ３３がハブ２９と円板部
分３１との間において半径方向に延びる。ウエブ
３３は開口３５を有し、この開口３５は円板部分
３１の両側間に流体を流動させるように機能す
る。ハブ２９は入力軸２３にプレスはめられるか
ら、入力軸２３が回転すると第２回転部材１１が
回転される。

ハウジング１５及びカバー部材１７は協働して
作用室３７を作成し、この中に第２回転部材１１
が回転可能に配設される。カバー部材１７が一部
を構成するカバー３９によつて貯留室４１を形成
する。

カバー３９は、円筒形の挿入部材４５を受入れ
る中心孔を有する型打成形第２カバー部材４３を
有する。弁軸４７が挿入部材４５内に回転可能に
支持され、該弁軸４７はカバー部材４３を通して
外方（第１図の左方へ）延びている。弁部材４９
が弁軸４７の内方端（第１図において右方端）に
取付けられ、弁部材４９の詳細は米国特許第
3055473号に開示されている。弁部材４９の動き
は、カバー部材１７に形成された供給用開口５０
を通つて貯留室４１から作用室３７へ流れる流体
の流量を制御する。弁部材４９の動きはカバー部
材１７の内孔内にプレスはめされたピン５１によ
つて制限される。

カバー３９は、バイメタル５２を有し、このバ
イメタル５２はこの実施例においてはらせんコイ
ル状となつている。バイメタル５２の内端は弁軸
４７の外方端に形成された溝孔内に受入れられ、、
外端はクリツプ５３によつて支持され、このクリ
ツプ５３は米国特許第4054193号に従つて造るこ
とができる。このクリツプ５３はバイメタル５２
の外端をカバー部材４３に対して固定維持する。
弁部材４９の運動を制御するように作動するバイ
メタル５２の動作は、当業界においては公知であ
るからこれ以上の記述は行わない。

カバー部材１７は、作用室３７と連通する軸方
向通路５５及び軸方向通路５５から貯留室４１へ
流体を流通する半径方向通路５７を有する。ポン
プ要素（ワイパー）59が軸方向通路５５に隣接し
て配置されて、その作動により作用室３７内の流
体に比較的高い流体圧力を発生させ、当業界にお
いて公知のように、通路５５，５７を通つて少量
の流体を貯留室４１内へ戻す。

この実施例において、第２回転部材１１の円板
部分３１の後方表面は複数の環状ランド６１を形
成し、ランド間に複数の環状溝をつくつている。
ハウジング１５の隣接表面は複数の環状ランド６
３を形成し、ランド間に複数の溝をつくつてい
る。ランド６１，６３は互いに入組んで配置され
て、それらの間に蛇行した後方剪断空所を構成す
る。同様に円板部分３１の前方表面は複数の環状
ランド６５を形成し、それらの間に複数の環状溝
をつくつている。カバー部材１７の隣接表面は複
数の環状ランド６７を形成し、ランド間に環状溝
をつくつている。ランド６５，６７は入組んで配
置されその間に蛇行する前方剪断空所をつくる。
この発明は種々の形の剪断空所をもつ流体継手に
利用されるが、前、後方剪断空所をもつ継手、さ
らに詳しくは入組んだランドと溝とによつて両方
の剪断空所をもつ継手に特に有用であるから、こ
の発明はこれについて記述する。

つぎに第１図に流体継手における流体供給の際
の流体の流動経路について簡単に述べる。弁部材
４９が供給開口５０を開き始めるように移動する
と、流体は貯留室４１から作用室３７内に流入す
る。作用室３７に入る流体のうち、主なものはウ
エブ３３前方に留まり、少量は開口３５を通つて
ウエブ３３の後方の作用室３７の区域内に通流す
る。

次に第２図ないし第４図において、この発明の
構造及び作用についてやや詳細に述べる。第２図
ないし第４図は、第１図における弁部材部分を右
方へ見た図面で、流体供給用開口５０に対する弁
部材４９の種々の作動位置を示す。弁部材４９の
運動範囲は右方へはピン５１で、左方へは類似ピ
ン６９（第１図には示されない）によつて定めら
れる。

次に主として第２図において、弁部材４９は孔
７１を有し、その使用は当業界においては公知の
ように、弁部材が孔なしである場合よりも、はる
かに大きい融通性を弁部材にもたせることが判
る。孔１７はこの発明の要部を構成するものでは
ないから、これ以上の説明は行わない。

弁部材４９はさらに、前縁７４及び後縁７５を
もつ弁開口７３を具えている。縁７４，７５は、
温度の増大に応答して弁部材４９は第２図ないし
第４図にるように反時計方向に回動するから、縁
７４，７５をそれぞれ前縁、後縁と呼ぶ。

さらに主として第２図において、バイメタル５
２の周囲の空気温度が予め定めた最低温度（例え
ば135〓又は51℃）より低下すると、弁部材４９
は閉じ位置をとる。弁部材４９の閉じ位置におい
て、開口７３は供給用開口５０と重ならず、貯留
室４１から開口５０を通つて作用室３７への流体
の流通は弁部材４９によつて完全に阻止される。

次に第３図において、バイメタル５２の周囲の
空気温度は十分に上昇して弁部材４９を回転して
開口７３が開口５０と重なる位置に移動させられ
る。第３図において重なり部７７の面積は、前縁
７４、後縁７５、開口５０の外側縁７９によつて
定められる。第３図を見て判るように、開口７３
が開口５０を横切つて移動すると、前縁７４と外
縁７９との交点は半径方向外方へ漸次移動する。
よつて、第２図ないし第４図に示す調整弁装置
は、米国特許第3227254号に開示された型式の調
整弁装置として分類することができる。

当業者にはよく知られているように、調整弁装
置とは、温度のような状態の変動に伴つて弁部材
が運動し、流体供給用開口の半方向最外側部分を
半径方向へ運動させるものである。供給用開口の
最外側部分のこの半径方向への運動は、貯留室４
１内の流体を該開口を通つてさらに多く軸方向作
用室３７内に流入されることとなる。

次に第４図においては、弁部材４９はほぼ全開
位置に達し、弁部材４９のそれ以上の反時計方向
への運動はピン６９によつて防止される。弁部材
４９のこの運動は開口５０に対して開口７３を移
動して新規な大きい面積の重なり部８１を生じて
いる。よつて当業者は重なり部７７よりも高い温
度に対応する重なり部８１は、貯留室４１から作
用室３７へ一層多くの量の流体を流入させること
が理解されるであろう。

この発明の背景について本文で述べたように、
継手の入力速度に対する出力速度は、剪断空所内
の流体の総容量、さらには部分的に供給用開口の
面積によつて決められる。ゆえに、この発明の目
的の１つによれば、この発明における調整弁装置
は調整式であるが、同時に後縁７５の位置によつ
て制限される流体供給用重なり部を提供できる。
第４図から判るように、重なり部８１の面積は供
給用開口５０の総面積よりも事実上小さい。供給
用開口の流通面積を制限することの重要さについ
て、第５図のグラフと関連して詳細に述べる。

第５図には周囲の空気温度〓の関数としてフア
ン出力速度（rpm）のグラフが示されている。第
５図のグラフは、３つの異る曲線Ａ，Ｂ，Ｃを含
む。曲線Ａは、温度が上昇し継手が非係合状態
（ほぼ120〓又はほぼ48℃）から係合状態（ほぼ
170〓又はほぼ76℃）に漸進的に移る場合の速度
対空気温度の関係を示す。曲線Ａはこの発明を用
い又は用いない空気温度の上昇状態をあらわす。

曲線Ｂは、通常の流体継手において温度が下降
し、継手が係合状態から、非係合状態に漸次戻る
場合の空気温度の関数としての速度を示してい
る。前記したように、曲線Ｂが曲線Ａとほぼ合致
しないのはヒステリシスの影響に起因する。ヒス
テリシスは、弁部材４９と、弁部材４９がその上
を滑動するカバー部材１７の表面との間の摩擦損
失のような因子によつて生ずる。曲線Ａと曲線Ｂ
とを比較すれば、任意の温度に対し、速度は温度
下降状態（曲線Ｂ）においては、常に温度上昇状
態の場合（曲線Ａ）よりもはるかに高い。このこ
とは継手は温度上昇性能（曲線Ａ）がエンジンの
冷却要求に適するように設計されるから、下降温
度状態（曲線Ｂ）においては、エンジンを冷却す
るのに必要とする以上の速度となることをあらわ
す。この過剰の速度はその詳細についは後述する
ように、エンジンの馬力を浪費することとなるか
ら望ましくない。

曲線Ｃは、第２図ないし第４図に示すように作
動するこの発明による流体継手の下降温度状態に
おけるフアンの速度対空気温度関係を示すもので
ある。第５図で見るように、曲線Ｃは曲線Ａとか
なり接近しているから、任意の温度状態におい
て、フアンに対する入力馬力の浪費は少いことを
示している。

この発明を理解するために、曲線Ａ，Ｃはそれ
ぞれ一連の点２，３，４をもつている。曲線Ａ，
Ｃのこれらの点は、第２、第３図に示される弁部
材４９の位置に対応する。換言すれば、弁部材４
９の任意の位置に対し、継手の出力速度は、上昇
温度状態の場合と下降温度状態における場合と同
一となる。これは弁部材４９の任意の位置におい
て、供給速度及び排出速度は下降温度状態におい
て上昇温度状態と同一であることによる。

この発明では、温度が上昇すると、弁部材４９
は155〓又は68℃において第３図に示される位置
に達する。第３図に示される弁部材４９の位置は
1500rpmの出力速度を生ずる。しかし、下降温度
状態では、第３図の弁部材の位置で得られる
1500rpmの出力速度は、この発明（曲線Ｃ）を用
いてほぼ146〓又はほぼ63℃に下降するまで起ら
ない。この発明を用いない場合（曲線Ｂ）は、出
力速度は空気温度がほぼ140〓又はほぼ60℃に下
降するまで1500rpmに減少しない。

この発明を利用することによつて得られる馬力
節約を数量化するために、曲線Ｃの点３から曲線
Ｂに垂直線を引く。この線を引くと、この発明を
用いる場合に146〓又は63℃においては、フアン
速度は前述のように1500rpmまで下降した。しか
し、この発明を用いないと、146〓又は63℃にお
けるフアン速度は僅かに1880rpmまで下降するに
過ぎない。当業者には理解されるように、この継
手を駆動するのに要するエンジンの馬力は、フア
ン速度の２乗に比例する。ゆえにこの発明を用い
ない場合、146〓又は63℃における入力馬力は
（1880）²に比例するが、この発明を利用すれば
（1500）²に比例する。これらの速度それぞれを２
乗して比較すると、146〓又は63℃において、こ
の発明を用いない場合の継手装置は、この発明を
用いた継手装置よりも57％以上入力馬力を消費す
ることが判るであろう。

よつて、この発明は、弁部材のふれ角度に対し
弁部材がその半径方向位置において比較的大きく
変化することができると同時に、流体供給開口の
流通面積を制限でき、これによつて継手の望まし
くないヒステリシスの影響を減少するとともに流
体の流入量、流入速度等の制御特性を改善する流
体継手を提供することが判る。図示の実施例のあ
る種の改変は、この明細書を読みこれを理解すれ
ば実施でき、しかもこの発明の特許請求の範囲を
逸脱しないすべての改変はこの発明に含まれるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の半部の縦断正面
図、第２図ないし第４図は、第１のものの一部を
右方に見た種々の作動位置を示す図面、第５図
は、フアン出力速度対周囲空気温度の関係を示す
グラフである。 １１……第２回転部材、１３……第１回転部
材、１５……ハウジング、１７……第１カバー部
材、３７……作用室、３９……カバー、４１……
貯留室、４３……第２カバー部材、４９……弁部
材、５０……供給用開口、５２……制御装置（バ
イメタル）、５５……軸方向通路、５７……半径
方向通路、５９……ポンプ要素、７３……弁開
口、７４……前縁、７５……後縁、７７，８１…
…重なり部、７９……外縁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１回転部材１３と、第１回転部材と組合わ
   されて相互間に流体室を形成するカバー３９と、
   第１回転部材と組合わされ、かつ流体室を作用室
   ３７と貯留室４１とに区分し、貯留室と作用室と
   の間を流れる流体の流量を制御するように配置さ
   れた調整弁装置１７，４９と、作用室内に配置さ
   れ、かつ第１回転部材に対して相対回転可能な第
   ２回転部材１１と、調整弁装置と組合わされ予め
   定めた状態に対する変動に応答して調整弁装置を
   作動させる制御装置５２と、第１回転部材と第２
   回転部材の回転速度差に応答して作用室から貯留
   室内に流体を圧送する装置５９，５５，５７とを
   具え、調整弁装置が貯留室から作用室内に流体を
   供給するために配置された供給用開口５０をもつ
   板状部材１７と、制御装置及び供給用開口に組合
   わされて予め定めた状態に対する変動に応答して
   供給用開口を通る流体の流量を制御する可動の弁
   部材６９とを含み、弁部材が板部材とほぼ平行な
   平面間で移動するように配置されたほぼ偏平な部
   材からなつている流体継手において、 弁部材が弁開口７３を有し、前記供給用開口と
   弁開口との重なり部７７，８１が調整弁装置を通
   る流体の流通面積を定め、 前記両開口５０，７３は、弁部材が閉じ位置か
   ら開き位置に移動するとき重なり部の半径方向最
   外側点が半径方向の外方へ移動する形状であり、
   しかも前記両開口の重なり領域において、その円
   周方向の開口幅が小さい方の開口における前縁お
   よび後縁の各々が、前記弁部材の移動範囲内で前
   記開口幅の大きい方の開口における前側縁と交差
   することを特徴とする流体継手。 ２ 前記前縁が前側縁を通過する際の流通面積の
   増加率は、前記後縁が前側縁を通過する際の増加
   率よりも大きいことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の流体継手。 ３ 一方の開口が弁部材の半径方向に延びるほぼ
   平行な前縁および後縁を有し、他方の開口が前記
   前縁および後縁に対して傾斜した前側縁を有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１または
   ２項記載の流体継手。 ４ 両開口は弁部材が開き位置にあるとき、流通
   面積が供給用開口の面積よりも小さく、弁部材が
   開き位置から閉じ位置に移動するときヒステリシ
   スを減少することを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の流体継手。 ５ 弁部材が回転部材の回転軸線のまわりに回動
   するように配置されている特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれかに記載の流体継手。 ６ 一方の開口が弁開口であり、他方の開口が供
   給用開口である特許請求の範囲第３項ないし第５
   項のいずれかに記載の流体継手。