JPH0314920A - 電気粘性流体クラッチ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、粘性流体力ップリング、特に電気粘性流体を
用いて向き合ったカップリング部材間でトルクの伝達を
行う電気粘性流体クラッチに関するものである． （従来技術） 本説明を読めば明らかになるように、本発明は様々な用
途に用いる流体力ップリングに好都合に使用できる。し
かし、本発明は、自動車のエンジンの関連部品の駆動部
として機能する粘性流体カップリングまたはクラッチに
用いた場合に特に有益であり、以下それに関連して説明
する。

粘性流体力ップリングは自動車業界で、特に自動車のラ
ジエー夕の冷却ファンに伝達するトルク量を制御するた
めに広く利用されている。

そのような粘性流体力ップリングの最も一般的な形式は
、才一ルドバーグ（Ｏｌｄｂｅｒｇｌ　ｆｆｉの米国特
許第３，０５５，４７３号およびクランシー（Ｃｌａｎ
ｃｅｙ）の米国特許第３，８０９，１９７号に記載され
ているような空気温度反応式である。しかし、用途によ
っては、ラジエー夕を通過する空気の温度よりもラジエ
ー夕内の水温などの他の装置パラメータを直接的に感知
することが望まれるようになった．今日までにも、この
結果を得るための様々な装置が提供されてきた。しかし
、これらの装置は、電気的に駆動される乾式または湿式
円板クラッチを利用していた。これらの装置のいずれに
おいても、粘性流体を用いることによって得られる利点
を達成することはできなかった。

貯蔵室と作動室との間で流体を循環させるために遠心ポ
ンプを用いている粘性流体力ップリングに共通した別の
欠点は、一般的なシリコンをベースにした粘性流体の粘
性一湛度特性にある。流体の粘性は周囲温と共に変化す
るため、せん断表面間でのトルクの伝達は作動室と貯蔵
室との間の循環流体流を物理的に調節することによって
のみ制御できる。この流れは一般的に、貯蔵室と作動室
との間を連結している排出ボートに選択的に重なる弁部
材によって調整されている．この方法はオン／オフ式フ
ァン駆動部などの一部の用途では受け入れることができ
たが、用途によってはさらに速くかつ適合したクラッチ
応答が求められる．さらに、多くの公知のカップリング
の特徴的な急激な係脱のため、それらを大きい負荷に用
いることが不適当になる． 最近では、いわゆる電気粘性流体が米国特許第４，７８
２，９２７号および第４，７４４，９１４号に記載され
ているような流体作動式装置に使用されるようになって
きた．そのような流体は、静電位を受けた時、粘性が高
くなり、固体状にもなる．この効果は、ウインスロー効
果とも呼ばれ、ウインスロ−（Ｗｉｎｓ１ｏｗ）の米国
特許第２，４１７，８５０号に十分に説明されている。

この特性を示す電気粘性流体は、−Ｍ的に低い誘電率の
流体内に−ａ的に高い誘電率の粒子が懸濁されているも
のである。これらの粒子は一般的に、水を吸収して高い
誘電性を与える親水性の粒子である。

電気粘性流体を使用して作動させる装置では、電極とし
て機能する２つの導電性部材間の小さな隙間に流体が含
有されている。この装置が弁である時、流体はこの隙間
を自由に流れることができる．装置がクラッチまたはプ
レーキなどの機械装置である場合、隙間を維持しながら
２つの部材が互いに自由に移動できるようになっている
。電位が電極に加えられると、流体が事実上固化するた
め、（弁の場合）制御オリフィスを流れることができな
くなったり、（ブレーキまたはクラッチの場合）電極間
が相対移動できなくなる。

（発明が解決しようとする課題） 弁の場合に装置が耐えることができる圧力、またはブレ
ーキまたはクラッチの場合に装置が耐えることができる
トルクの力は、電極間に加えられる静電位によって決ま
る。静電磁界が増大する場合、液体が耐えることができ
るせん断力は順次増加していって、流体が６はや流れな
くなり、実質的に固化する点まで達する。弁の場合、こ
の点に達するということは、弁が完全に閉じていること
を意味し、クラッチまたはブレーキの場合、固体相に達
することによって滑りがなくなる． クラッチまたはブレーキとして用いられた公知の電気粘
性流体作動式装置の欠点は、流体が２つのトルク伝達部
材間の隙間内に恒久的に存在することである．静電磁界
が加えられておらず、流体の粘性が最ち低い場合でも、
流体は一定の粘性を示し続けるため、一定量のトルクが
部材間で伝達され続ける．用途によっては、この効率を
低下させる寄生ロスおよびそれによって生じる発熱や性
能低下をなくすことが望まれる．公知の電気粘性流体作
動式装置のさらなる欠点は、それらが比較的大型で重い
ことであり、自動車関連部品の制御には特に不都合であ
る。

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、自
動車またはトラックのエンジン冷却ファンまたは空調コ
ンブレッサなどの関連部品を駆動する粘性クラッチとし
ての用途に特に適しており、そのクラッチには共通軸線
回りに相対回転するように第１および第２部材が取り付
けられており、それらによって形成された協働せん断表
面間に作動室が形成され、またこの作動室と貯蔵室との
間で電気粘性流体を循環させる手段が設けられている。

一実施例では貯蔵室と作動室との間を連結する通路内に
静電磁界を形成してそれを通過する流体の特徴的粘性を
選択的に変化させて循環流を調節することにより、エン
ジン冷却温度スイッチまたは上位自動車論理回路などの
感知パラメトリック入力部の関数として作動室内の電気
粘性流体の充填量を制御できるように配置された２つ以
上の電極間に高電圧電位源が設けられている．この構造
により、クラッチの一定の作動状態では実質的にほとん
ど全ての流体を作動室から効果的に排除して、実質的に
寄生ロスおよび発熱による性能低下をなくすことができ
る． 別に実施例によれば、循環流を調節することにより、エ
ンジン冷却温度スイッチまたは上位自動車論理回路など
の感知パラメトリック入力部の関数として作動室内の電
気粘性流体の充填量を制御する手段が設けられている。

作動室内に静電磁界を形成してそれを流れる流体の特徴
的粘性を選択的に変化させることができるように配置さ
れた２つ以上の電極間に高電圧電位源が設けられている
．この構造により、クラッチの一定の作動状態では実質
的にほとんど全ての流体を作動室から効果的に排除して
、実質的に寄生ロスおよび発熱による性能低下をな《す
ことができる． 本発明の好適な実施例は、シャフトと共に回転するよう
に取り付けられた導電性クラッチ部材と、この部材から
電気的に絶縁した状態でそれに対して回転可能にシャフ
トに取り付けられた導電性カバー部材とを有している．
クラッチおよびカバー部材に設けられたせん断表面間に
作動室が形成されている．タンクカバーがクラッチ部材
に隣接した位置でカバー部材に取り付けられて、このカ
バー部材との間に環状の流体貯蔵室を形成しており、こ
の流体貯蔵室はシャフトと同軸的に配置されている．シ
ャフトから半径方向に離れた位置において少なくと６１
つのポンプがクラッチ部材およびカバー部材の隣接部分
によって形成されて、電気粘性流体を作動室から半径方
向内向きに、シャフトの軸線にほぼ隣接した流体貯蔵室
内の点まで移動させる．流体貯蔵室と作動室との間を選
択的に連結する弁手段が設けられており、第１状態にお
いては弁手段が流体貯蔵室内の電気粘性流体を作動室へ
流れ込まないようにし、第２状態では弁手段が流体貯蔵
室の半径方向最外側部分と作動室とを流体連通させて、
その間を電気粘性流体が、本体部材の比較的高速作動期
間中に流体貯蔵室内の流体に作用する遠心力の影響を受
けて流れるようにしている．また、クラッチおよびカバ
ー部材を設けた回路内に可変高電圧電位源が設けられて
おり、クラッチおよびカバー部材は、その間に電圧電位
が加えられた時、離設電極として機能して作動室内に可
変静電磁界を形成することにより、作動室内の流体の特
徴的粘性を局部的に変化させることができるようにして
いる．第３電極が第２高電圧源に接続されて、前記弁手
段として機能するように配置されている．この構造には
、全電気粘性流体が作動室から貯蔵室へ送り出されるこ
とによって貯蔵室から作動室への静的および動的戻りプ
リードが防止されるクラッチの完全な切り離しが得られ
るという利点がある。さらに、この構造では、クラッチ
内を循環している電気粘性流体を高速応答式に電気的に
流れ制御できるという利点がある． （実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する．第１図は、
本発明による改良形粘性流体クラッチＩＯを示している
．粘性流体クラッチＩＯには本体部材ｌ２とクラッチ部
材１４とが設けられている．本体部材ｌ２にはベルトブ
ーリｌ６が固定具アセンブリ１８で取り付けられている
。ベルトプーり１６は、公知のようにして分節形無端駆
動ベルト（図示せず）を介して上位自動車エンジンによ
って駆動されるものである。

本体部材１２は２分割部材からなり、ここでは前カップ
リング部材２０および後カップリング部材２２と呼ぶ．
前カップリング部材２０に設けられたパイロット部の周
囲に形成された表面２４が、後カップリング部材２２の
外側部分２６を組合わせ位置へ案内する．カップリング
部材２０および２２が図示の位置へ案内された時、前カ
ップリング部材の部分２８が折り返されて、前後のカッ
プリング部材２０および２２を密封固着させる。適当な
ガスケット形のＯリングシール３０がカップリング部材
２０および２２間に設けられて、その間の電気粘性せん
断流体の漏れを防止している．前後のカップリング部材
２０および２２を組合わせて構成されている本体部材１
２は、クラッチ部材ｌ４が回転する室３２を形成してい
る．クラッチ部材ｌ４は一体状のハブ部分３４を設けた
円板形の部材である．ハブ部分３４はシャフト３６と共
に回転するように適当に固定的に取り付けられており、
このシャフト３６は、クラッチ１０で制御される負荷の
回転部材３１に適当な固定具３３および電気的絶縁スベ
ーサ２９によって連結されている．本体部材ｌ２は、シ
ャフト３６回りに回転するように中間軸受３７および電
気的絶縁スベーサ３５に取り付けられている．このよう
に、クラッチ１０は回転部材３ｌで支持されているが、
それから電気的に絶縁されている．また、本体部材１２
はシャフト３６回りに回転するように支持されているが
、クラッチ部材ｌ４から電気的に絶縁されている． 本体部材ｌ２およびクラッチ部材１４には協働するせん
断表面が互いに極めて隣接させて設けられており、これ
らの表面間の空間内の電気粘性せん断媒体がその間でト
ルクを伝達することにより、電気粘性せん断流体を介し
たトルク伝達によってクラッチ部材ｌ４が回転するよう
になっている． 第１図に示されている実施例では、部材ｌ２およびｌ４
のトルク伝達表面に複数の溝およびランドが形成されて
いる．すなわち、一連のランドおよび溝がクラッチｌ４
の前面３８に形成されており、全体的に４０で示す。そ
れと協働するランドおよび溝が前カップリング部材２０
の面４２に形成されており、全体的に４４で示す。前カ
ップリング部材２０側のランドおよび溝４４はクラッチ
部材１４側のランドおよび溝４０と協働して、組合わせ
た時に図示のようにほぼ互い違いになる。ランドおよび
溝は非常に狭い間隔で設けられており、それらの数が比
較的多いことから、本体およびクラッチ部材ｌ２および
ｌ４間でトルク伝達を行うための大きい面積を提供して
いる．実際に、本体部材１２側の９個の突出ランドがク
ラッチ部材１４側の９個の溝内へ突出しており、クラッ
チ部材１４側の８個の突出ランドが本体部材ｌ２側の８
個の溝内へ突出している．ランドおよび溝４０．　４４
間の環状体積部分を作動室４５と呼ぶ。

協働するランドおよび溝４０．　４４は、前カップリン
グ部材２０の外面に突き当たるラム空気と一直線上に並
ぶように配置されている．その結果、トルク伝達を行う
ランドおよび溝４０．　４４は，矢印４６で示されてい
るラム空気に可及的に近接して配置される．ランドおよ
び満４０．　４４をそのように配置することによって相
当な量の熱が散逸する．これにより、ランドおよび溝を
入力カップリング部材の後面に、それと協働するランド
および溝をラム空気流から離れた対応の後部材に設けた
構造を大幅に改良することができる。多数の協働ランド
および溝があり、これらが大きなトルク伝達表面積を提
供するので、粘性カップリングが大きなトルク伝達能力
を備えていることは明らかである．このため、粘性カッ
プリングは、エンジン冷却ファン、空調コンブレッサ、
補助動力装置などの比較的大型の自動車搭載負荷の駆動
に利用しやすい。

公知のように、ランドおよび溝４０．　４４間から負荷
へ伝達されるトルクの量は、その間の粘性せん断空間す
なわち作動室４５内の流体の量の関数である．本発明の
粘性カップリングは、その空間内の電気粘性せん断流体
の量を負荷の要求によって変更することができる構造を
備えている．これは一般的に、作動室４５がら電気粘性
流体を汲み出す機構と、作動室４５へ送り戻される流体
流を制御する温度感知弁機構とを用いて行われる． 電気粘性せん断流体は、前カップリング部材２０の面４
２に形成された一対のボンビング表面の作用によって作
動室４５から汲み出すことができる．このポンプ装置は
公知であり、米国特許第３，８０９，１９７号に詳細に
記載されており、その内容を本説明の参考として含める
。ボンビング表面は，クラッチ部材１４の回転によって
前カップリング部材２０の周囲を引っ張られる流体流の
経路内に設けられている．これらの表面に突き当たるこ
とにより、本体部材ｌ２のポンプ出ロボート４８付近に
圧力が発生する．ポンプ出ロボート４８はそれぞれ軸方
向に設けられた通路に連通しており、その通路の１つ５
０が図示されている．この通路５０は、前カップリング
部材２０に半径方向に形成された通路５２と連通してい
る，通路５２は半径方向外端部がプラグまたは圧入ボー
ル５４などの適当な手段で密封されている．同様な半径
方向の流通路（図示せず）が他のポンプ出ロボート（図
示せず）と協働している． ポンプ出口ボート４８は、前カップリング部材２０の表
面４２に設けられた弓形のチャネル５６の一端部に形成
されている．各弓形チャネル５６は出力部材１２の周囲
に　１８０度よりもわずかに小さい範囲で形成されてお
り、その中を粘性流体が本体部材１２に対するクラッチ
部材１４の移動すなわち回転によって移動する。流体が
上記表面に突き当たると、その流体はポンプ出ロボート
４８に対応した通路５０を通り、通路５０、通路５２お
よびスタンドパイプ６０内の通路を半径方向内向きに通
過してから、中央の流体貯蔵室５８に流入する．通路５
２の半径方向最内端部に形成された大径部分６２内にス
タンドパイプ６０の半径方向最外端部が圧入、固定され
ている．スタンドパイプ６０は大径部分６２から半径方
向内向きに延びており、その終端の排出開口６４が流体
貯蔵室５８内のシャフトの中心軸線に近接した、あるい
は比較的近接した位置に開いている。流体貯蔵室５８は
部材ｌ２および１４の回転軸線を包囲する環状室を有し
ており、電気粘性せん断流体の貯蔵に利用される．流体
貯蔵室５８は、電気粘性せん断流体のほぼ全てをその中
に貯蔵できる体積であり、貯蔵されている流体の表面は
常に排出開口６４より半径方向外側にある．このため、
クラッチ１０内の粘性流体の全てが流体貯蔵室５８内に
貯蔵されている場合でも、流体は通路５０．　５２を通
って移動、すなわち戻ることができない．これは静的状
態および動的状態の両方について言えることであり、部
材１２が回転していない時、流体貯蔵室５８内に貯蔵さ
れている全ての粘性流体が流体貯蔵室５８の最も低い部
分に滞留するようになり、その表面は排出開口６４より
低い位置にある。部材ｌ２が回転している時、流体貯蔵
室５８内に貯蔵されている粘性流体は流体貯蔵室５８の
半径方向最外壁の方へ押し付けられるので、やはりその
表面は排出開口６４より半径方向外側になる６また、図
示の位置では、図示されていないスタンドパイプも半径
方向下向きに流体貯蔵室５８内へ突出しており、やはり
粘性流体を通路５０．　５２へ戻すドレン通路として機
能しない．シャフト３６の回転軸線からの排出開口６４
の実際の半径方向変位量は、流体貯蔵室５８の排出開口
６４より半径方向外側にある部分の電気粘性流体貯蔵容
量によって変えることができると考えられる。重要なこ
とは、どのような状態においてち流体貯蔵室５８内の粘
性流体のレベルが排出開口６４より半径方向外側になる
ことである６前述したように、電気粘性せん断流体は、
温度応答式弁機構６６の制御を受けながら、ランドおよ
び満４０．　４４によって形成されたせん断空間へ流入
する。すなわち、弁機構６６は流体貯蔵室５８から作動
室４５内への電気粘性流体の流れを制御する。弁機構６
６には、流体貯蔵室５８の一方の側部を形成しているプ
レート７０と協働する弁部材６８が設けられている．プ
レート７０の周囲が前カップリング部材２０に適当に取
り付けられて、流体貯蔵室５８の後側を形成している６
プレート７０に一対の穴７２および７４が形成されてお
り、弁部材６８はプレート７０に対して半径方向に延在
して、穴７２．　７４に選択的に重なるように位置決め
できる．弁部材６８が穴７２．　７４を閉鎖すると、電
気粘性流体は貯蔵室５８から穴７２．　７４を通って外
向きに流れなくなる．穴７２．　７４が開放するように
弁部材６８が移動すると、流体が流体貯蔵室５８からこ
れらの穴を通って７６で示された部分へ流入し、この部
分から流体は遠心力で外向きに投げ出されて、ランドお
よび溝４１），　４４間の作動室４５内へ入る． 弁部材６８は、従来の方法で前カップリング部材２０に
適当に取り付けられていると共にシャフト８０に連結さ
れている温度感知式バイメタルばね部材７８によって、
プレート７０に対して、またその穴７２．　７４に対し
て移動する．シャフト８０は内端部でスポット溶接など
によって中間ワッシャ８２を介して弁部材６８に適当に
接続されており、シャフト８０のワッシャ８２とばね部
材７８とのほぼ中間位置にある小径部分に嵌め付けられ
たＯ′リング８４がシャフト８０と前カップリング部材
２０との間を密封している．バイメタルばね部材７８に
よる温度感知は、それが周囲温度の変化を感知した時に
シャフト部材８０を回転させる形式のちのである．次に
、このシャフト部材８０がプレート７０に対して弁部材
６８を移動させる。この特殊な温度応答式弁装置は、米
国特許第３，２６３，７８３号に開示されている弁装置
に類似しており、構造および作用のさらなる詳細につい
てはそれを参照されたい。また、ばね部材７８は、クラ
ッチｌＯの才ン／才フ作動または制御係脱を実施できる
ようにバラメトリック入力信号に応答して弁部材６８を
選択的に位置決めする、上位自動車の接地部分に接続し
た回転ソレノイドまたはその他の適当なアクチュエーク
装置に置き換えてちよい． ランドおよび溝４０．　４４間のせん断表面内の流体の
量を減少させたい場合、流体貯蔵室５８から部分７６へ
の流体流を遮断する位置へ弁部材６８を移動させるだけ
でよい．これは、温度感知式バイメタル部材７８が低温
を、従って従動負荷（ファン）の必要速度の減少を感知
した時に実施される．穴７２．　７４が閉鎖されるか、
その開口面積が減少して、作動室４５への流量が最小に
なる．その結果、部材１４の回転によって流体が弓きず
られる、すなわちチャネル５６内の表面に対して移動す
るため、流体はポンプ出ロボート４８を通り、スタンド
パイプ６０が排出開口６４から流体貯蔵室５８へ流入す
る．その結果、作動室４５内の電気粘性流体が正味減少
し、従って負荷に伝達されるトルクが減少する．負荷に
伝達されるトルクを増加させたい場合、作動室４５内の
流体量を増加させることが必要になる．その結果、ボン
ビング表面の作用によって作動室４５から流れる量より
６多い量の流体が穴７２．　７４を通って作動室４５へ
流入するようにしなければならず、従って穴７２．　７
４を弁部材６８によって開いて十分な量の電気粘性流体
を作動室４５へ流入させることにより、作動室４５内の
流体に正味利得が生じるようにしなければならない． 粘性流体クラッチ１０の停止時は、電気粘性せん断流体
の全てがその下側部分に入っている。

回転時は、クラッチｌＯの回転により遠心力で電気粘性
せん断流体がクラッチｌＯの周囲を引きずられ、粘性せ
ん断流体が外向きに流れて作動室４５へ流入する．作動
室４５に入ると、電気粘性せん断流体はボンビング表面
のポンプ作用によって流体貯蔵室５８へ流入し、流体貯
蔵室５８からの流体の流れは弁部材６８の制御を受ける
．部材１４が部材１２に対して回転すると、作動室４５
内の粘性せん断流体が部材間でトルクを伝達し、負荷へ
のトルク伝達が実施される。この回転中、米国特許第３
，８０９，１９７号に詳細に記載されているように、部
材１４．　１２に半径方向に設けられているチャネルが
周期的に整合する。この時、これらのチャネル間の周期
的な整合によって流体を流体貯蔵室５８から半径方向外
向きに流す比較的大きい通路が形成されるため、作動室
４５の外周部に流体が充填される．これらのチャネルは
、整合時だけでなく常に半径方向外向きに流しており，
初期起動時にも流体貯蔵室５８からの流れにより素早く
応答できる。

上記の弁機構６６によって電気粘性せん断流体の循環流
を機械的に調節するのに加えて、流体の一部を強い電磁
界に通してそれの粘性を、従って流量を局部的に変化さ
せることによって、流体流を分離状かつ独立的に制御す
ることができる。この制御は、本体部材１２およびクラ
ッチ部材１４の相対的および絶対的回転速度にほとんど
関係ない． 前述したように、シャフト３６は回転部材３ｌに支持さ
れているが、それから電気的に絶縁している。シャフト
３６およびクラッチ部材１４は導電性の素材からなり、
ブラシ８８／スリップリング９０装置を介して高電圧源
８６と電気的に接続している．ブラシ８８はバイアスば
ね９２によってスリップリング９０と密着するように押
し付けられており、また接地している絶縁支持部材９４
にブラシ８８が圧縮的に装荷されている。このため、電
圧源８６は高い電圧電位を導線９６、ブラシ８８、スリ
ップリング９０およびシャフト３６を介してクラッチ部
材１４に送る．導線９６に加えられる電圧の電位はコン
トローラ９８で変更可能である。

本体部材１２の前後カップリング部材２０．　２２ｕ導
電性の素材からなる。前述したように、本体部材１２は
シャフト３６に回転可能に取り付けられているが、スベ
ーサ３５によってそれから絶縁されている．本体部材１
２はブラシ／スリップリング１００を介して接地によっ
て高電圧源８６に接続している．このため、本体部材１
２はその回転位置および回転速度に関係なく、常に大地
電位に維持されている。絶縁環状スベーサ１０２がクラ
ッチ部材１４の最左則表面と後カップリング部材２２と
の間に設けられている。環状スペーサ１０２は、クラッ
チ部材１４に極めて接近しているが接触しない状態で後
カップリング部材２２に取り付けられており、クラッチ
部材１４と後カップリング部材２２との間に最小の軸方
向および半径方向の隙間が常に維持されるようにしてい
る。

本体部材１２およびクラッチ部材ｌ４は、それらの最も
接近した、すなわち最も狭い隙間の位置がランドおよび
満４０および４４となる形状になっている．このため、
電圧電位が導線９６に加えられると、本体部材１２およ
びクラッチ部材ｌ４の隣接したそれぞれのランドおよび
溝４０．　４４間の、クラッチ１０の作動室４５を構成
している部分内に大きい電磁界が発生する。使用の際に
、弁部材６８が作動室４５に電気粘性流体を流す位置に
ある時、その中の流体の粘度は導体９６に対する高電圧
の印加に大きく影響されるため、クラッチｌＯのトルク
伝達能力はほぼ瞬間的に制御され、弁部材６８の位置調
整を必要としない．このため、好適な適用例では、弁機
構６６は単に２進すなわち才ン／才フ作動のために用い
て、高い負荷状態でのクラッチ１０の係合離脱時に生じ
る高トルクスパイクは、コントローラ９８による高電圧
源８６の活動制御によって吸収することができる。

第２図に示されている変更実施例の粘性流体クラッチ１
ｌロは、本体部材アセンブリ１１２とクラッチ部材アセ
ンブリ１１４とを有している。クラッチ１１０のアセン
ブリ１１２および１１４は、作動原理の説明を簡単かつ
わかり易くするため、それぞれ基本的な一体形状で図示
されている．しかし、実際にはアセンブリ１１２および
１１４は複数の結合構造部材からなることを理解された
い。

本体部材１１２の外周表面１１６は、公知のようにして
分節駆動ベルト（図示せず）によって上位自動車エンジ
ンで駆動されるプーりを構成している。

本体部材１１２およびクラッチ部材１１４は導電性の素
材からなる．本体部材１１２が形成する室１１８内でク
ラッチ部材１１４が回転する．クラッチ部材１１４は、
中空の円筒形ハブ部分１２Ｇと、これと一体化して半径
方向外向きに延在している円板部分１２２とを有してい
る。ハブ部分１２０は、使用時にクラッチ１１０によっ
て制御される負荷の回転部材（図示せず）に連結される
シャフト１２４と共に回転するように適当に固着されて
いる。シャフト１２４は導電性の素材からなり、適当な
ブラシ／スリップリング（図示せず）またはその他の適
当な手段を介して１２５で示されている大地電位になっ
ている。一対のフランジ付きスベーサ１２６，　１２８
がクラッチ部材１１４のハブ部分１２０の両側において
シャフト１２４上に支持されている．スベーサ１２６，
　１２８は導電性の素材からなり、それぞれ軸方向外向
きのプッシュ部分１２６ａ，　１２８ａと、これらのプ
ッシュ部分１２６ａ，　１２８ａからそれぞれ半径方向
外向きに延在しているほぼ円板形のストップ部分１２６
ｂ，　１２８ｂを有している。ストップ部分１２６ｂ，
１２８ｂはクラッチ部材１１４のハブ部分１２０と同じ
半径方向位置まで延在している。一対の転がり軸受１３
０，　１３２の内レースがそれぞれプッシュ部分１２６
ａ，　１２８ａ上にプレス嵌めされ、それぞれストップ
部分Ｌ２６ｂ，　１２８ｂと軸方向に当接している．ス
トップ部分１２６ｂ，　１２８ｂに段差部分１２６ｃ，
１２８ｃが形成されており、軸受１３０，　１３２の外
レースがそれぞれプッシュ１２６，　１２８からわずか
に離れるようにしている。本体部材１１２に軸方向向き
の盲穴１３４が形成されており、第２図に示すように、
右側に開放している。穴１３４の最左端部は本体部材１
１２の最左側部分に形成された一体状ウエブ１３６で閉
鎖されている。絶縁材からなるほぼ円板形のスベーサ１
３８がウェブ１３６に隣接するように穴１３４内に圧入
されている．スペーサ１３８の半径方向最外側部分の周
囲に円周方向の段差部分１３８ａが設けられている．組
み付けの際は、軸受１３０，　１３２の外レースを穴１
３４内に圧入する．軸受１３０の外レースの最左表面が
スベーサ１３８の段差部分１３８ａに当接する。この段
差部分１３８ａにより、スベーサ．１３８と軸受１３０
の内レースとの間にわずかな隙間が確保されると共に、
シャフト１２４を本体部材１１２から電気的に絶縁する
ことができる。このように組み付けると、段差部分１２
６ｃ，　１３８ａが軸受１３０の軸方向変位を防止する
．本体部材１１２の穴１３４の開口に隣接した部分は、
軸受１３２の外レースの最右側部分を把持できるように
１４０で変形しており、段差部分１２８ｃと変形部分１
４０とによって軸受１３２の軸方向変位が防止されてい
る．このような構造であるから、本体部材１１２はクラ
ッチ部材１１４とほぼ回転整合した状態でシャフト１２
４上に回転可能に支持されているが、それから電気的に
絶縁している． 本体部材１１２およびクラッチ部材１１４には２組の協
働せん断表面が非常に狭い間隔で互いに近接するように
形成されているため、表面間の隙間に入っている電気粘
性せん断媒体がその間でトルクを伝達するので、電気粘
性せん断媒体を介したトルク伝達によってクラッチ部材
１１４が回転する． 前述の本発明の好適な実施例の場合と同様に、部材１１
２，　１１４に形成されたトルク伝達表面は、組み合わ
された時に互い違いになる複数のランドおよび溝１４２
，　１４４になっている。ランドおよび溝１４２，　１
４４は非常に間隔が狭く、本体部材１１２およびクラッ
チ部材１１４間でのトルク伝達のための大きな面積を提
供している。ランドおよび溝１４２，　１４４の表面積
および内部空間は、それに加える電圧電位と共に、クラ
ッチ１１０で制御する負荷の大きさ、周囲条件およびそ
の他を考慮して決定される設計基準である。従って、第
１および第２図に示されている特殊な実施例は説明のた
めのものであり、一定の縮尺によるものではない．ラン
ドおよび溝１４２，　１４４間の環状体積部分が作動室
１４６となる。

第１図に示されている本発明の実施例の場合と同様に、
第２図の実施例には作動室１４６内の電気粘性せん断流
体の量を負荷の要求によって変更できる構造を備えてい
る。これは一般的に、作動室１４６から流体を汲み出す
機構と、作動室１４６へ戻る流体の流れを制御する弁機
構とを用いて実施されている．クラッチ部材１１４の円
板部分１２２の半径方向最外側円周部分１４８が本体部
材１１２の室１１ｇの半径方向最外側部分１１８に形成
されている半径方向内向き開放の円周溝１５０内で回転
することによって、ポンプ作用が得られる。溝１５０に
は１つまたは複数のせき１５２が半径方向内向きに形成
されており、溝１５０内の部分１４８間の相対回転によ
って電気粘性流体ドラグに局部的な圧力増加を発生させ
る働きをする．この局部的な圧力増加により、流体が円
板部分１２２内に半径方向内向きに形成されたポンプ出
口通路１５４を流れる。この通路１５４の半径方向最内
端部に形成された大径部分１５６にスタンドパイブ１５
８の半径方向最外端部が圧入されている．スタンドパイ
プ１５８は半径方向内向きに、シャフト１２４の軸線と
同軸的に配置されてクラッチ部材１１４のハブ部分１２
０によって完全に包囲されてい．る環状の流体貯蔵室１
６０内へ延出している．第１図の本発明の実施例に関連
して説明した理由から、スタンドパイプ１５８はクラッ
チ部材１１４の回転軸線に可及的に接近した位置で開口
している。

前述したように、電気粘性せん断流体は電気粘性流体弁
１６２の制御を受けながら作動室１４６へ流入する．す
なわち弁１６２が流体貯蔵室１６０から作動室１４６へ
の電気粘性流体の流れを制御する．弁！６２は、流体貯
蔵室１６０の半径方向最外側部分を本体部材１１２の室
１１８と連通させる半径方向外向きに開口したドレンボ
ート１６４を備えている。円筒形の電極１６６がドレン
ポート１６４の半径方向最外側開口部と隙間を保ちなが
ら正確に回転整合する位置に設けられている．この電極
１６６は、室１１８内へ左側で開口している軸方向開放
溝１６８内へ横断面形状がほぼＵ字形の中間環状絶縁体
１７０を介して圧入することによって、本体部材１１２
と共に回転可能に図示の位置に保持されている．電極１
６６は左方向へ室１】８内まで延在して、半径方向にお
いてクラッチ部材１１４のハブ部分１２０の外周面に近
接し、また軸方向において円板部分１２２の接続部分と
隣接している。このような形状であるから、電極１６６
は本体部材１１２およびクラッチ部材１１４の両方から
電気的に絶縁しており、またドレンボート１６４の出口
に対して、それらの相対角度位置に関係なく、常に近接
している。環状のトラックまたはレール１７４が本体部
材１１２の外表面上に、本体部材１１２およびトラック
１７４の両者に適当に付着された中間絶縁体１７６を介
して支持されており、電極１６６との外部電気的インタ
ーフェースは、電極１６６をトラック１７４に電気接続
する１つまたは複数の局在軸方向延出部１７２が形成し
ている。トラック１７４はシャフト１２４と同心状に配
置されているので、それに適当なブラシまたはワイパア
アセンブリ１７８を軸方向に押し付けると、本体部材１
１２の相対角度位置に関係なく，連続した導通路が電唖
１６６と可変高電圧源１８０との間に形成される。以下
に説明するように、電圧源１８０に設けられた第２出力
部が、本体部材１１２の外表面の一体状トラックまたは
レールを有している位置１８４に継続的に当接している
ブラシ／ワイバ１８２に接続している。

クラッチ部材１１４の円板部分１２２には半径方向にお
いて電極１６６に隣接した位置に複数の通路１８６が貫
設されており、左右組のランドおよび溝１４２，　１４
４のそれぞれに電気粘性流体がほぼ同じように分散され
るようにしている．高電圧源１８０は接地していると共
に、以下に説明するように二重の機能を持ったコントロ
ーラ１８８に接続している． 使用時に、コントローラ１８８は高電圧源１８０に様々
な入力を送る。それらの入力は、アナログ式またはオン
／オフ式の温度、トルク、オペレータ要求または用途に
適したその他のバラメーク人力である．本発明の好適な
実施例で説明したように、電圧源１８０は比較的高い電
圧電位をブラシ／ワイバ１８２へ送るが、その大きさは
コントローラ１８８からの入力の関数として変化する．
これによ０、作動室１４６内に強い電磁界が形成されて
、その中の流体の粘度を制御しながら変化させるため、
本体部材１１２およびクラッチ部材１１４間で伝達され
るトルク量が制御される．また、高電圧源１８０は別の
出力電圧信号をトラック１７４および延出部１７２を介
して電極１６６へ送って、電極１６６の半径方向最内表
面とハブ部分１２０の半径方向最外側部分との間の部分
の周りに第２の強い電磁界域を形成する。

このため、作動時に、流体貯蔵室１６０からドレンボー
トｌ６４を介して作動室１４６へ流れる電気粘性流体の
流れは、電極１６６とハブ部分１２０との間の電磁界に
よって流体弁１６２で制御される。ここで目的としてい
る用途では、電極１６６の電圧電位は、ボートｌ６４が
ら出ようとしている電気粘性流体を効果的に同化または
凝固させてそれ以上の流体が作動室１４６へ流入しない
ようにできる十分な高さにする。必要時に、ワイバ１７
８の電位を完全に遮断すれば、ボートｌ６４から出る流
体の粘度は、貯蔵室１６０内の滞留流体に作用する遠心
力による圧力でボート１６４から外向きの流れが生じて
、さらなる流体が作動室１４６へ流入するようになる点
まで増加する。

クラッチ１０を切り離す場合、電極１６６の電圧電位を
最大にして、流体が流体貯蔵室１６０から逃げないよう
にすると同時、ブラシ１８２の電位を最小にするか除去
して、作動室１４６内の電気粘性流体の粘度を最小にす
ることにより、本体部材１１２およびクラッチ部材１１
４の相対回転中に作動室１４６内の流体が通路１５４お
よびスタンドパイプ１５８を介して半径方向内向きに汲
み出されて、流体貯蔵室１６０へ流入する．このように
して、作動室１４６内のほとんど全ての流体が急速に流
体貯蔵室１６０へ送り込まれるため，それ以降の両部材
の相対回転による寄生ロスをなくすことができる。クラ
ッチを係合させるには、ブラシ１７８の電位を除去する
か大きく減少させて、流体を流体肝蔵室１６０から作動
室１４６へ急速に送り込むことにより、再びその間でト
ルク伝達が行われるようにする。大きい負荷に用いる場
合、最初はブラシ１８２の電位を高めず、作動室１４６
にまず比較的低い粘度の流体を導入する．この制御によ
り、初期係合時に部材１１２および１１４間に最小のト
ルク伝達が得られる．その後、ブラシ１８２の電位を徐
々に増加させていくことにより、装置の要求および制御
する負荷の形式に合わせて制御しながらクラッチ１１０
を係合させることができる． 以上に、上記特徴および利点を備えた特殊な実施例を参
照しながら本発明を説明してきたが、それに変更を加え
ることができることは当業者には明らかであろう．従っ
て、以上の説明は制限的なちのと解釈されるべきではな
い。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように、本発明は、貯蔵
室と作動室との間を連結する戻り通路内に静Ｍ磁界を形
成して粘性流体の循環流を調整するので、作動室内への
充填量を制御でき、クラッチ作動時に粘性流体を作動室
から効果的に排除して寄生ロスおよび発熱による性能低
下を押えることができる。

また他の発明によれば、作動室内に静電磁界を形成して
同様の効果を達成できる。

さらに他の発明によれば、電気粘性流体が貯蔵室内の流
体に作用する遠心力の影響を受け、作動室内に可変静電
磁界を形成して作動室内の流体を局部的に変化するので
、作動室から貯蔵室へ電気粘性流体を強制的に送り出し
、逆方向への流体の戻りを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における粘性流体力ップリング
の側断面図、 第２図は他の実施例における粘性流体力ップノングの側
断面図である。 １０・・・粘性流体クラッチ　　１２・・・本体部材１
４・・・クラッチ部材　　　　３８・・・クラッチの前
面４０．　４４・・・ランドおよび溝　４５・・・作動
室４８・・・ポンプ出ロボート　　５０．　５２・・・
通路５６・・・チャネル　　　　　　５８・・・貯蔵室
−１４８−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）共通軸線回りに相対回転可能に取り付けられており
   、協働するせん断表面（４０，４４）を備えてその間に
   作動室（４５）を形成している第１および第２部材（１
   ２，１４）と、 電気粘性流体を前記作動室と貯蔵室（５８）との間で循
   環させる手段（１４，３８，４８，５０，５６，５２）
   と、 前記循環流を感知パラメータ入力の関数として調節する
   手段（６６）と、 高電圧電位源（８６）と、 前記作動室内に静電磁界を形成してそれを通過する流体
   の特徴的粘性を選択的に変化させるように配置されてい
   る、前記電圧電位源に接続された複数の電極とを有して
   いる電気粘性流体クラッチ。 ２）前記感知パラメータ入力が上位システム温度である
   請求項１に記載の電気粘性流体クラッチ。 ３）さらに、前記電圧電位を第２感知パラメータ入力の
   関数として変化させる手段（９８）を有している請求項
   １に記載の電気粘性流体クラッチ。 ４）前記部材間の相対回転中に前記流体循環手段が作動
   することを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体ク
   ラッチ。 ５）共通軸線回りに相対回転可能に取り付けられており
   、協働するせん断表面を備えてその間に作動室を形成し
   ている第１および第２部材と、 前記部材間の相対回転の関数として電気粘性流体を前記
   作動室から貯蔵室へ送る戻り通路と、 前記貯蔵室から前記作動室へ流れる電気粘性流体を感知
   パラメータ入力の関数として調節する弁手段と、 高電圧電位源と、 前記作動室内に可変静電磁界を形成して前記作動室内の
   流体の特徴的粘性を変化させるように配置されている、
   前記電圧電位源に接続された第１および第２電極とを有
   している電気粘性流体クラッチ。 ６）シャフトと共に回転するように取り付けられた第１
   部材と、 前記第１部材に対して回転可能に前記シャフトに取り付
   けられた第２部材と、 前記第１および第２部材に設けられて、その間に作動室
   を形成しているせん断表面と、前記作動室に隣接して設
   けられた流体貯蔵室と、 前記第１および第２部材間の相対回転の関数として電気
   粘性流体を前記作動室から移動させて前記流体を前記流
   体貯蔵室へ送り込むポンプ手段と、 感知パラメータ入力に応答して第１および第２位置間を
   移動可能であって、前記位置の一方では前記貯蔵室と前
   記作動室との間を流体連通させ、前記位置の他方ではそ
   のような流体連通を遮断する弁部材を設けた、前記貯蔵
   室と前記作動室との間を選択的に連通させる弁手段と、 高電圧電位源と、 それぞれ前記第１および第２部材に支持されて前記電圧
   電位源に接続されており、前記作動室内に可変静電磁界
   を形成して前記作動室内の流体の特徴的粘性を変化させ
   るように配置されている第１および第２電極とを有して
   いる電気粘性流体クラッチ。 ７）さらに、前記高電圧電位源を第２感知パラメータ入
   力の関数として制御する手段を有している請求項６に記
   載の電気粘性流体クラッチ。 ８）シャフトと共に回転するように取り付けられた導電
   性のクラッチ部材と、 前記第１部材に対して回転可能に前記シャフトに取り付
   けられており、それから電気的に絶縁されている導電性
   のカバー部材と、 前記クラッチおよびカバー部材に設けられて、作動室を
   形成しているせん断表面と、 前記クラッチ部材に隣接した位置で前記カバー部材に取
   り付けられて、前記カバー部材との間に前記シャフトと
   同軸的に環状の流体貯蔵室を形成しているタンクカバー
   と、 前記シャフトから半径方向に離れた位置において前記ク
   ラッチ部材およびカバー部材の隣接部分によって形成さ
   れて、電気粘性流体を前記作動室から半径方向内向きに
   、前記シャフトの軸線にほぼ隣接した前記流体貯蔵室内
   の点で、比較的低いトルクの伝達時で電気粘性流体のほ
   とんど全てが貯蔵室に入っている時の貯蔵室内での電気
   粘性流体の最上面の高さより上方にある点まで移動させ
   る少なくとも１つのポンプと、 前記流体貯蔵室と作動室との間を選択的に連通して、第
   １位置においては前記流体貯蔵室内の電気粘性流体が前
   記作動室へ流入しないようにする一方、第２位置におい
   ては前記流体貯蔵室の半径方向最外側部分と前記作動室
   とを流体連通させて、比較的高いトルクの伝達時に前記
   流体貯蔵室内の電気粘性流体に作用する遠心力の影響を
   受けて電気粘性流体がその間を流れるようにする弁手段
   と、 前記クラッチおよびカバー部材に接続され て、前記クラッチおよびカバー部材が電圧電位の印加時
   に離設電極として機能して、前記作動室内に可変静電磁
   界を形成することによって前記作動室内の流体の特徴的
   粘性を変化させる可変高電圧電位源とを有している電気
   粘性流体クラッチ。 ９）前記高電圧電位源が前記クラッチおよびカバー部材
   に対して静止しており、中間スリップインターフェース
   を介してそれらと電気的に接続している請求項８に記載
   の電気粘性流体クラッチ。 １０）ほぼ半径方向を向いたスタンドパイプが各ポンプ
   の出口と連結して、前記流体貯蔵室内の前記軸線に隣接
   した前記点へ流体を送り込むようにした請求項８に記載
   の電気粘性流体クラッチ。 １１）共通軸線回りに相対回転可能に取り付けられてお
   り、協働するせん断表面（１４２，１４４）を備えてそ
   の間に作動室（１４６）を形成している第１および第２
   部材（１１２，１１４）と、電気粘性流体を前記作動室
   と貯蔵室（１６０）との間で循環させる手段（１４８，
   １５０，１５２，１５４）と、 前記作動室と貯蔵室をと連結する手段（１６４）と、 高電圧電位源（１８０）と、 前記通路内に静電磁界を形成してそれを通過する流体の
   特徴的粘性を選択的に変化させることにより、感知パラ
   メータ入力の関数として前記循環流を調節するように配
   置されている、前記電圧電位源に接続された複数の電極
   （１６６，１１４）とを有している電気粘性流体クラッ
   チ。 １２）前記感知パラメータ入力が上位システム温度であ
   る請求項１１に記載の電気粘性流体クラッチ。 １３）さらに、前記作動室内に静電磁界を形成してその
   中の流体の特徴的粘性を選択的に変化させるように配置
   されている、前記電圧電位源に接続された第２の複数の
   電極を有している請求項１１に記載の電気粘性流体クラ
   ッチ。 １４）前記部材間の相対回転中に前記流体循環手段が作
   動することを特徴とする請求項１１に記載の電気粘性流
   体クラッチ。 １５）共通軸線回りに相対回転可能に取り付けられてお
   り、協働するせん断表面を備えてその間に作動室を形成
   している第１および第２部材と、 前記部材間の相対回転の関数として電気粘性流体を前記
   作動室から貯蔵室へ送る戻り通路と、 高電圧電位源と、 前記戻り通路内に可変静電磁界を形成して前記戻り通路
   内の流体の特徴的粘性を変化させることにより、前記貯
   蔵室から前記作動室へ流れる電気粘性流体を感知パラメ
   ータ入力の関数として調節できるように配置されている
   、前記電圧電位源に接続された第１および第２電極とを
   有している電気粘性流体クラッチ。 １６）シャフトと共に回転するように取り付けられた第
   １部材と、 前記第１部材に対して回転可能に前記シャフトに取り付
   けられた第２部材と、 前記第１および第２部材に設けられて、作動室を形成し
   ているせん断表面と、 前記作動室に隣接して設けられた流体貯蔵室と、 前記第１および第２部材間の相対回転の関数として電気
   粘性流体を前記作動室から移動させて前記流体を前記流
   体貯蔵室へ送り込むポンプ手段と、 前記貯蔵室と前記作動室との間を連通させる戻り通路と
   、 高電圧電位源と、 それぞれ前記第１および第２部材に支持されて前記電圧
   電位源に接続されており、前記戻り通路内に可変静電磁
   界を形成して前記戻り通路内の流体の特徴的粘性を変化
   させることにより、それを通過する流体流を調節するよ
   うに配置されている第１および第２電極とを有している
   電気粘性流体クラッチ。 １７）さらに、前記高電圧電位源を第２感知パラメータ
   入力の関数として制御する手段を有している請求項１６
   に記載の電気粘性流体クラッチ。 １８）シャフトと共に回転するように取り付けられた導
   電性のクラッチ部材と、 前記第１部材に対して回転可能に前記シャフトに取り付
   けられており、それから電気的に絶縁されている導電性
   のカバー部材と、 前記クラッチおよびカバー部材に設けられて、作動室を
   形成しているせん断表面と、 前記部材の一方によって支持されて前記シャフトと同軸
   的に配置された環状の流体貯蔵室を形成する手段と、 前記シャフトから半径方向に離れた位置において前記ク
   ラッチ部材およびカバー部材の隣接部分によって形成さ
   れて、電気粘性流体を前記作動室から半径方向内向きに
   、前記シャフトの軸線にほぼ隣接した前記流体貯蔵室内
   の点で、比較的低いトルクの伝達期間中で電気粘性流体
   のほとんど全てが貯蔵室に入っている時の貯蔵室内での
   電気粘性流体の最上面の高さより上方にある点まで移動
   させる少なくとも１つのポンプと、 前記流体貯蔵室と作動室と連結する通路と、 前記クラッチおよびカバー部材に接続されて、前記クラ
   ッチおよびカバー部材が電圧電位の印加時に離設電極と
   して機能して、前記作動室内に可変静電磁界を形成する
   ことによって前記作動室内の流体の特徴的粘性を変化さ
   せる第１可変高電圧電位源と、 第２高電圧電位源と、 前記部材の一方に絶縁状態で支持されて前記第２高電圧
   電位源に接続されており、前記戻り通路内に静電磁界を
   選択的に形成して、前記通路静電磁界が存在する時には
   前記流体貯蔵室内の電気粘性流体が前記作動室へ流入し
   ないようにする一方、前記通路静電磁界が存在しない時
   には前記流体貯蔵室の半径方向最外側部分と前記作動室
   とを流体連通させて、比較的高いトルクの伝達時に前記
   流体貯蔵室内の電気粘性流体に作用する遠心力の影響を
   受けて電気粘性流体がその間を流れるようにする第３電
   極とを有している電気粘性流体クラッチ。 １９）前記高電圧電位源が前記クラッチおよびカバー部
   材に対して静止しており、中間スリップインターフェー
   スを介してそれらと電気的に接続している請求項１８に
   記載の電気粘性流体クラッチ。 ２０）ほぼ半径方向を向いたスタンドパイプが各ポンプ
   の出口と連結して、前記流体貯蔵室内の前記軸線にほぼ
   隣接した前記点へ流体を送り込むようにした請求項１８
   に記載の電気粘性流体クラッチ。