JPH0366535B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、調整弁部材を有する流体継手に関
する。

この発明は多くの異る形態と使用目的を有する
流体継手に有効に適用されるが、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
において特に有効であり、本文はこれについて記
述する。

粘性流体剪断型式の流体継手は、普通の軸従動
フアンと比較するとき、主としてかなりの機関馬
力を節約することができるから、機関冷却フアン
を駆動するために多年にわたつて一般に用いられ
た。馬力の節約は継手用粘性流体が冷却を必要と
するときにのみ係合して全速度状態で作用し、冷
却を殆ど又は全く必要としないときに解放されて
比較的低い速度状態で作動するという事実から生
ずる。

機関馬力のさらに大きい節約を行うための努力
によつて、当業者は、この発明に関連する継手用
の調整弁を開発した。この点に関しては、たとえ
ば米国特許第3227254号を参照されたい。要約す
れば、調整弁は周囲温度が予め定めた範囲を超え
ると、温度の上昇につれて流体流入孔を半径方向
外方へ移動させる。

しかし、種々のサイズと形態の流体継手に調整
弁を適用するに際し、しばしば調整弁のみの使用
では所望の温度対フアン速度関係を達成するのは
不十分であることが判明した。事実フアン速度
（流体継手の出力速度）は温度の上昇につれて所
望よりも急速に上昇する。

従つてこの発明の目的は、種々のサイズおよび
形態の継手において得られる調整特性をもつ調整
弁を有する流体継手を提供するにある。

この発明の他の目的は、調整弁そのもの以外に
流体継手のある部分の改変によつて上記の目的を
達成する流体継手を提供するにある。

この発明の上記及び他の目的は、流体室を内部
に有する第１回転部材と、流体室を作用室と貯室
に区分するように配置された弁部材と、作用室内
に配置された第２回転部材とを具えた改良型流体
継手の提供によつて達成される。この弁部材は貯
室と作用室間の流体の流量を制御し、かつ調整作
用をするような形態となつている。第２回転部材
は前後側面及びほぼ円筒形の大外周面をもつてい
る。前側面と第１回転部材のこれに隣接する側面
とは協働して粘性流体剪断区域を形成し、後側面
と第１回転部材のこれに隣接する側面とは側部す
き間を形成する。

この発明は、大外周面と後側面が協働して、側
部すき間内の粘性流体の剪断速度よりも実質的に
低い剪断速度をもつ局限された区域を提供する環
状凹部を形成し、これにより流体が作用室に連通
される際、第２回転部材から第１回転部材に伝達
される粘性流体の剪断トルクの増加速度を減少す
ることを特徴とする。

この発明の他の特徴によれば、前側面と第１回
転部材の隣接側面とは互いに噛合する複数の環状
ランドをもつている。少なくとも１つのランドは
他のランドの軸方向呼び長さよりも小さい軸方向
長さをもち、流体が作用室に連通されるにつれ
て、第２回転部材から第１回転部材へ伝達される
粘性流体の剪断トルクの増加速度を減少する。

この発明を限定するものではない図面におい
て、第１図はこの発明が適用される流体継手の１
好適例を示す。この発明による構成は、説明を容
易にするため、第２図に示されている。第１図に
おいて流体継手は、入力用第２回転部材１１及び
出力用第１回転部材１３を具えている。第１回転
部材１３は、鋳造金属製ハウジング１５及び鋳造
金属製カバー１７をもち、ハウジング１５及びカ
バー１７は複数のボルト（図示せず）によつて結
合される。流体継手は、液冷機関によつて駆動さ
れ、さらにラジエータ冷却フアンのような自動車
機関補機を駆動する。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１９によ
つてボルト結合される。しかしこの発明の使用
は、後述の説明において特記しない限り、特定の
形態又は使用目的に限定するものではない。

この流体継手は、入力軸２１をもち、この軸に
第２回転部材１１が取付けられる。入力軸２１
は、フランジ（図示せず）によつて回転され、こ
のフランジは機関の水ポンプのフランジにボルト
結合される。入力軸２１は軸受２５の内レース２
３の支持部材とし、この軸受はハウジング１５の
内孔に着座される。入力軸２１の前方端（第１図
では左端）は、セレーシヨン２７と回転部材１１
のハブ２９に形成された開口とで干渉はめ合いす
る。この結課入力軸２１が回転すると、回転部材
１１を回転させる。

ハウジング１５とカバー１７は協働して流体室
を形成し、この室は円形弁板３１によつて作用室
３３と貯室３５とに分離される。よつて回転部材
１１は全体が作用室３３内に配置される。

カバー１７は、ほぼ円筒形の軸支持部分３７を
有し、この部分３７内にカバー１７を通して外方
へ延びる（第１図で左方へ）弁軸３９が回転可能
に配置される。弁軸３９の内方端（第１図の右
端）に、弁アーム４１が取付けられ、その構造は
この発明の部分を形成するものではなく、これに
ついては米国特許第3055473号を参照されたい。
弁アーム４１の運動により、弁板３１に形成され
た流入孔４３を通して貯室３５から作用室３３へ
流れる流体の流量を制御する。

バイメタル４５が弁軸３９の外端と組合わさ
れ、この実施例においては渦巻きコイル４７をも
つている。バイメタル４５はコイル４７の外端を
カバー１７に対して固定するクリツプ４９をもつ
ている。バイメタル４５が弁アーム４１の運動を
制御する方式は、この技術分野では公知であるか
ら説明は省略する。

カバー１７は、作用室３３と連通する軸方向通
路５１と、軸方向通路５１から貯室３５に流体を
流通する半径方向通路５３とをもつている。ポン
プ要素（ワイパー）５５が通路５１と隣接して配
置され、この要素５５は作用室３３内の相対回転
する流体と係合して、比較的高い流体圧力の局限
区域を発生し、この技術分野ではよく知られてい
るように、通路５１，５３を通つて貯室３５内に
少量の流体を継続的に圧送戻流する。

この実施例において、回転部材１１は複数の環
状ランド５７をもつ前側面をもつている。ハウジ
ング１７の前記前側面との隣接面には複数の環状
ランド５９が形成されている。環状ランド５７，
５９は噛合して曲りくねつた形状の前方剪断空所
を両者間に形成する。回転部材１１は後側面６１
をもち、この後側面はハウジング１５のこれと隣
接する側面６３と協働してそれらの間に側部すき
間６４を形成している。

さらに主として第１図において、この実施例に
おける流体の流れについて簡単に説明する。弁ア
ーム４１が流入孔４３を開口し始めるように動く
と、流体は貯室３５から作用室３３に流入する。
作用室３３に流入した流体は、ランド５７，５９
間を外方に向けて回転部材１１を囲む最外方区域
に流動する。この区域内の流体はポンプ要素５５
を衝動して、相対的に高い圧力の局限区域を発生
する。この高圧流体の一部は通路５１，５３を通
つて貯室３５に流入し、さらに残余の流体は回転
部材１１を押し繞らされて側部すき間６４に流入
する。

既述のように、この発明は調整弁を有する流体
継手に用いられるものである。本文において米国
特許第3227254号の記載内容を代表的な従来技術
による調整弁として参照する。この発明による流
体継手は調整弁をもつものであるが、この調整弁
が特定の形態およびモードをもつていることは、
この発明の必須事項ではないからその説明は省略
する。

第１図に示す通常の流体継手に調整弁部材を適
用する場合、その調整特性は、第３図について詳
述するように、一般に満足できるものではない。
当業者にはよく知られているように、流体継手の
調整特性を得るため又は変更するための従来の試
みは、貯室から作用室への流体の流量速度を弁制
御することにその重点が置かれてきた。

この発明の１つの重要な特徴は、弁による調整
ではなく、流体継手のある部分を改変することに
より調整特性を改善するにある。第２図に示すよ
うに、回転部材１１は、ほぼ円筒形の大外周面６
７を有し、この外周面とハウジング１５の有する
円筒形の内周面６９との間には周部すき間６８を
保つている。このすき間６８は通常ODすき間と
称する。

第２図において、この発明の回転部材１１は、
後側面６１とほぼ平行な環状側面７１をもつてい
る。さらに回転部材１１は円筒形小外周面７３を
もち、これは大外周面６７とほぼ同心関係をもつ
ている。表面７１，７３は内周面６９及び隣接側
面６３と協働して環状凹部７５を形成している。

周囲の空気温度（〓）の関数としたフアン出力
速度差（rpm／５〓）のグラフを示す第３図につ
いて述べる。第３図は毎５〓の温度上昇に対する
出力速度の増加割合のグラフである。この図にお
いては、この発明によつて場合を実線で、その他
の場合を点線で示す。例えばその他の場合にあつ
ては、130〓（54℃）における速度差は60rpmと
して示され、温度が125〓（52℃）から130〓（54
℃）に上昇すると、出力速度は60rpm増加する。
この発明によれば、155〓において速度差は
160rpmで、即ち温度が150〓（66℃）から155〓
（68℃）に上昇すると出力速度は160rpm増加す
る。

この発明を用いない継手は、温度が140〓（60
℃）から145〓（63℃）に上昇すると、640rpmの
増加を示し、平均増加速度は128rpm／〓である
ことが判る。当業者にはよく知られているよう
に、このような出力速度の急増加は、サイクリン
グとして知られる状態を惹起し、この場合フアン
速度がきわめて急速で過度の冷却が起るから、周
囲の空気温度は例えば130〓（54℃）に下降して
継手が解放される。次に継手が解放されると、周
囲の空気温度が上昇して継手が係合し、このサイ
クルは繰返されて継手は係合と解放の両状態を交
互に反覆する。継手とフアンは解放状態における
よりも係合状態において可成り大きい騒音を発す
るから、２つの状態間でのこのサイクル現象は、
継手が一定な速度で維持される場合に比して、は
るかに好ましくない騒音状態を起す。そのうえ継
手は、一定な速度での運転時に比し多量の機関馬
力を消費する。

同一のフアン駆動装置で、この発明を用いたも
のについてこの曲線を考察すれば、温度が140〓
（60℃）から145〓（63℃）に上昇すると、出力速
度差はほぼ410rpm／５〓となることが判る。よ
つてこの発明を用いれば、この発明を用いない場
合の128rpm／〓の増加に対してほぼ82rpm／〓
のフアン速度の増加となり、これはサイクル現象
の発生を可成り減少する。

再び第２図において、この発明の作用モードは
十分には理解されていない。しかし環状凹部７５
は、側面６１，６３によつて形成されたすき間６
４内の粘性流体の剪断速度よりも実質的に低い粘
性剪断速度をもつ局限区域を提供する。当業者に
はよく知られているように、粘性流体の剪断速度
はフイルムの厚さに反比例し、側面７１と隣接側
面６３とによつて形成された軸方向の厚さは、側
部すき間６４の厚さのほぼ２乃至３倍であるか
ら、環状凹部７５内の剪断速度は、側部すき間６
４内の剪断速度の1/3乃至1/2となるであろう。

この発明を用いない場合、流体は周部すき間６
８を通り第２図において右向きに流れ、次いで側
部すき間６４を通つて半径方向内方に流れるか
ら、側部すき間６４はほぼ粘性流体で充たされ
る。しかし回転部材１１，１３間には可成りの速
度差があるから、この流体は側面６１，６３間に
直ちに連続するフイルムを形成せずに、回転部材
１１の高い遠心力によつて回転部材１１から絶え
ず離散される。回転部材１３の速度が徐々に増加
すると、回転部材１１，１３間の速度の差異が十
分に小さくなつて流体が側面６１に付着し始める
点に到る。この点において、回転部材１３の出力
速度は、突然にかつ急速に増大し、側面６３に付
着した流体に作用する遠心力を増大させる。これ
によつて、側部すき間６４内のすべての流体は連
続流体フイルムを形成し、作用室３３内の流体が
回転部材１１の前方および後方のいずれにもさら
に均等に分布されるからフアン速度を大いに増大
させる。第１図の継手で、この発明を利用しない
場合、付着が始まる点は、温度が140〓（60℃）
に達したとき起り始める。

この発明を用いることにより、環状凹部７５内
の剪断速度は低いから、調整弁が流体を作用室３
３内に導入すると凹部７５を満たしかつ側面７
１，６３の隣接側面に付着するであろう。凹部７
５内に流体が付着した状態で、側面６１への付着
は徐々にさらに半径方向内方へ拡がり又は延び
る。これにより回転部材１１の前側および後側に
おいて、剪断空所及び側部すき間を一層均等に充
填させ、一層緩やかなトルク増加速度を与え、一
層緩やかなフアン速度増加を実現させる。

この発明の流体継手を低トルクのフアンを駆動
するのに使用する場合は、半径方向最外側のラン
ドと溝を変形し、これによつてそのトルク伝達能
力を減ずることがこの発明の他の態様である。第
１図と関連して第２図において、回転部材１１に
設けられた大部分のランド５７は、軸方向呼び長
さＬをもつことが判る。この発明によれば、回転
部材１１は、ランド５７の軸方向長さＬよりも若
干小さい軸方向長さをもつランド５７ａをもつて
いる。同様に半径方向外側のランド５７ｂはラン
ド５７ａより短い軸方向長さをもち、最後にさら
に半径方向外側のランド５７ｃはランド５７ｂよ
りも短い軸方向長さをもつている。ランド５７
ａ，５７ｂ，５７ｃが異る長さをもつことは必要
ではないが、所定の剪断区域が継手の回転軸線か
ら遠ざかるにつれて大きいトルク量を伝達すると
いう事実を補償するために特別の手段が提供され
る。

この明細書を読みかつこれを理解することによ
り、この発明の種々の変形が当業者には明らかに
なるであろう。このような変形はすべて、この発
明の特許請求の範囲内にある限り、この発明の部
分として含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用する典型的な流体継
手の半部の縦断正面図、第２図は、この発明の実
施例の要部の拡大断面図、第３図は、この発明に
よる場合と、よらない場合のフアン装置の周囲空
気温度（〓）対フアン出力速度差（rpm／５〓）
のグラフを示す。 １１……第２回転部材、１３……第１回転部
材、１５……ハウジング、１７……カバー、３１
……弁板、３３……作用室、３５……貯室、３９
……弁軸、４１……弁アーム、４３……流入孔、
４５……バイメタル、４７……コイル、５１……
軸方向通路、５３……半径方向通路、５５……ポ
ンプ要素、５７，５９……環状ランド、６１……
後側面、６３……隣接側面、６４……側部すき
間、６７……大外周面、６８……周部すき間、６
９……内周面、７１……環状側面、７３……小外
周面、７５……環状凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体室を内部に有する第１回転部材と、第１
   回転部材と組み合わされて流体室を作用室と貯室
   とに区分し、かつ作用室と貯室との間の流体の流
   量を制御するように配置された弁部材と、作用室
   内に配置されて第１回転部材に対して回転可能な
   第２回転部材と、温度の変動に応答して弁部材を
   作動する制御部材とを具え、第２回転部材がほぼ
   円筒形の大外周面及び前後側面を有し、前側面と
   第１回転部材の隣接側面とが協働して粘性流体剪
   断区域を形成するとともに、作用室から貯室へ流
   体を流通するポンプ要素が配置される第１凹部を
   形成し、後側面と第１回転部材の隣接側面とがほ
   ぼ平行に配置されて側部〓間を形成した流体継手
   において、前記外周面と後側面とが協働して環状
   の第２凹部を形成し、この第２凹部は、後側面と
   平行な環状側面と、外周面と同心な円筒状面とに
   よつて形成され、第２回転部材の軸方向長さの３
   分の１以下の軸方向長さをもつていて、側部〓間
   内の粘性流体の剪断速度よりも実質的に低い剪断
   速度を有する局限区域を提供する環状凹部を形成
   し、これにより流体が作用室に流通される際、第
   ２回転部材から第１回転部材に伝達される粘性流
   体の剪断トルクの増加速度を減ずるようになつて
   いることを特徴とする流体継手。 ２ 弁部材が貯室から作用室内へ流体を流動する
   流入孔を有する板状部材と、制御部材と組み合わ
   されて温度の変動に応答して流入孔を通る流体の
   流量を制御する可動弁部材とを有する特許請求の
   範囲第１項記載の流体継手。 ３ 前側面と、第１回転部材の隣接側面とに互い
   に噛合する複数の環状ランドが形成されている特
   許請求の範囲第１項記載の流体継手。 ４ 第２凹部が後側面とほぼ平行な環状側面及び
   大外周面とほぼ同心の小外周面とにより形成され
   ている特許請求の範囲第１項記載の流体継手。 ５ 第２凹部の環状側面が第１回転部材の側面か
   ら側部〓間の軸方向寸法の少なくともほぼ２倍に
   等しい軸方向距離をもつて隔てられている特許請
   求の範囲第４項記載の流体継手。