JPH11201193A - 磁性流体継手 - Google Patents

磁性流体継手

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JPH11201193A
JPH11201193A JP10291894A JP29189498A JPH11201193A JP H11201193 A JPH11201193 A JP H11201193A JP 10291894 A JP10291894 A JP 10291894A JP 29189498 A JP29189498 A JP 29189498A JP H11201193 A JPH11201193 A JP H11201193A
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体継手の動作における効率および反復性を
向上させる。 【解決手段】 後部磁性部材49と磁性部材57との間には
半径方向の間隙を有し、前部磁性部材47と環状部61との
間、および環状部61と磁性部材59との間には、一対の半
径方向の間隙を有している。このような、半径方向の間
隙の寸法誤差を制御することは容易である。したがっ
て、送信手段44から電磁コイル31に入力される電気信号
を変化させると、流体継手11は、必ず出力速度を所望の
状態に、確実に変化させることができる。また、ヒステ
リシスを低減させることもできる。よって、出力速度と
電磁コイルに入力される電気信号との関係をグラフ表示
すれば、電流の減少時と増加時とでほぼ同じ曲線を描く
ことになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は粘性流体継手に関
し、特に、磁性流体を含む粘性流体を用いる継手に関す
る。
【従来の技術】
【０００２】粘性流体継手は、すでに長年にわたって商
業目的に用いられている。典型的な使用例として、エン
ジンの軸が車両の軸方向（前後方向）を向いている、い
わゆる縦置き（"north-south"type ）エンジンの、ラジ
エータ冷却用ファンを駆動するために用いられている。
このような継手は、一般的に「ビスカスファンドライ
ブ」（viscus fan drive）と呼ばれているものである。
なお、本発明は、冷却ファンへの適用に特に適したもの
であり、この場合を例示して以下に説明するが、本発明
が当該ファンドライブへの適用に限定されるものでは
い。
【０００３】従来の典型的な粘性流体継手であって、特
にファン駆動用に用いられるものは、粘性流体にせん断
力を付与する作用室と、該作用室の粘性流体が不足する
場合を考慮し、これを蓄えておく貯留室とを含む。従来
の継手は、入力速度と出力速度との関係は、前記作用室
に満たされる粘性流体の量によって決定される。ファン
駆動に適用する場合には、大抵、作用室に満たされる粘
性流体の量は、弁機構によって決定されている。この弁
機構の操作は、局部的な温度、気温等、測定された温度
に応じて制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】さて、入力速度と出力
速度との比が、ラジエータの上部タンク（top tank）温
度等、遠隔測定された温度状態に応じて決定される形式
の、ビスカスファンドライブに対する要求が増加してい
る。このような冷却装置は、温度を遠隔測定し、相当の
電気信号を出力し、当該電気信号を前記ファンドライブ
に送信することが必要であり、この電気信号がバルブ機
構や、他の何らかの入力側から出力側への動力伝達手段
を作動させるために用いられる。
【０００５】本発明の譲受人に譲り受けられた米国特許
第4,898,266 号及び第4,898,267 号は、参考文献として
本説明に含まれるものである。これら米国特許の明細書
に開示されている粘性流体継手は、伝達トルクを変化さ
せるために、作用室（せん断室）に導電性を有する粘性
流体を貯留し、該導電性流体に印加する電磁場を変化さ
せるものである。しかしながら、商業的な取扱性及び実
現可能性の点で、上記導電性を有する粘性流体を用いた
手段は、いまだ十分に供給されていない状況にある。
【０００６】また、参考文献として本説明に含まれる米
国特許第4,920,929 号明細書には、その他典型的な形式
の、様々な電気的入力信号に応じて入出力速度の比を変
更する粘性流体継手が開示されている。この第4,920,92
9 号明細書には、電界又は磁界が作用室に印加される、
ごく一般的な形式の継手が開示されており、この中で、
導電性流体、磁性流体の各々が用いられている。しかし
ながら、第4,920,929号の開示は図示的であり、磁界の
磁束線を含む複数の構成部材間の、無用の間隙（non-wo
rking air gaps）を最小限とするために、もしくは、十
分な磁界の範囲を持たせるために、そして、オーバーヒ
ートや流体の過熱を防ぎうる十分な熱交換能力を備える
ための、製品における重要な問題に言及していない。
【０００７】したがって、本発明の目的は、磁界におけ
る無用の間隙を最小限にすることによって、流体継手の
動作における効率および反復性を向上させた、改良され
た磁性流体継手を提供することにある。
【０００８】また、本発明のその他の目的は、十分な範
囲の磁界を有し、かつ、同形式において十分な熱交換能
力を有する、改良された磁性流体継手を提供することに
ある。
【０００９】さらに、本発明の目的は、上記目的の達成
に加え、固定端子と回転する流体継手との、電気的接続
を維持するために必要な電気ブラシを、無くすことを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る手段は、入力駆動部材を有する入力駆動
手段組立体により駆動される入力継手部材と、出力継手
部材を有する継手出力部組立体と、前記入力継手部材お
よび前記出力継手部材で形成される作用室と、該作用室
を通る磁界を発生させて、前記入力継手部材および前記
出力継手部材を共に作動させる電磁コイルと、該電磁コ
イルに送信手段からの電気信号を送信する接続手段と、
前記磁界の磁束線の方向に作動するように配置された磁
性手段とを含む磁性流体継手において、（ａ）前記入力
駆動部材を取り囲む位置に、前記電磁コイルおよび前記
接続手段を固定配置し、さらに前記継手出力部組立体で
包囲し、（ｂ）前記入力継手部材および前記出力継手部
材で、前記電磁コイルに対し半径方向外側に位置するよ
うに、前記作用室を形成し、（ｃ）前記入力駆動手段組
立体は、前記入力駆動部材から半径方向に広がり、前記
電磁コイルの少なくとも一部分を取り囲む駆動部材を含
み、該駆動部材が前記入力継手部材を駆動可能であるこ
とを特徴とするものであり、この構成によって、上記課
題が解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】添付図面を参照しながら説明す
る。なお、本説明において、「半径方向」とは装置の中
心軸から外側へと広がる方向を意味し、「軸方向」と
は、装置の中心軸の延びる方向を意味する。図１には、
本発明の実施の形態に係る磁性流体（a magneto-rheolo
gical fluid ：以下「ＭＲ流体」ともいう）継手を示し
ているが、本発明が本実施の形態に限定されることを意
図するものではない。図１に概略的に示されているＭＲ
流体継手11は、継手入力部13、継手出力部組立体15（以
下「継手出力部」という）および固定コイル部17の、３
つの部分からなる。
【００１２】さて、継手入力部13は入力軸19（入力駆動
部材）を含む。この入力軸19は、車両用エンジン等の動
力源（図示省略）から駆動トルクを受け取るものであ
る。また、継手入力部13は、ほぼ放射状に広がる環状の
駆動部材21を含む。この駆動部材21の半径方向内側表面
にはハブ23が設けられており、ハブ23は、好ましくは入
力軸19に圧入されている。したがって、駆動部材21は、
ハブ23を介して入力軸19により駆動される。
【００１３】継手出力部15は、前部ハウジング部材25と
後部ハウジング部材27とを含む。そして、前部ハウジン
グ部材25と後部ハウジング部材27とは、いわゆる当業者
に周知の方法によって、互いに連結され又は取付けら
れ、一体回転可能となっている。なお、前・後部ハウジ
ング部材25，27は、ビスカスファンドライブ用として商
業的に通常流通されている、アルミダイカスト製品を用
いることが好ましい。さらに、後部ハウジング部材27に
は、半径方向内側へと延出したほぼ円盤上をなす出力継
手部材29が設けられているが、この出力継手部材29の機
能については後述する。
【００１４】一般的に、継手出力部15は出力速度で回転
するものであり、車両用エンジンのラジエータ冷却用フ
ァン等、何らかの種類の出力手段（図示省略）が取付け
られている。この冷却用ファンは、当業者に良く知られ
た方法によって継手出力部15に、しかも大抵の場合は前
部ハウジング部材25に取付けられるが、この構造が本発
明の特徴部分を構成するものではない。
【００１５】本発明の重要な特徴部分の１つは、固定コ
イル部17が前記車両用エンジンに対して固定され、磁性
支持部材33（第１の磁性部材）に対して巻回される電磁
コイル31を含むことにある。この磁性支持部材33は、ベ
アリング35のアウターレースに圧入されている。またベ
アリング35のインナーレースは、入力軸19の肩部37と駆
動部材21のハブ23との間に配置されている。したがっ
て、軸方向における継手入力部13と固定コイル部17との
位置関係は、互いに固定された状態にある。
【００１６】また、固定コイル部17は、図中概略的に示
した接続手段41を含んでいる。この接続手段41は円筒状
の接続部材43を有し、接続部材43に、概略的に示された
電気入力信号の送信手段44が接続されている。これは、
本発明の重要な特徴部分の１つであるが、送信手段44と
して導電ワイヤが通常用いられ、ブラシ端子等何らかの
回転接触する手段とは対照的に、接続部材43に常接して
いるものである。接続手段41は、半径方向に広がりほぼ
環状をなし、何らかの適当な方法で電磁コイル31に接続
されている。さらに、接続手段41は、前部磁性部材47お
よび後部磁性部材49を含み、夫々電磁コイル31と共転す
るように固定されている。なお、前部・後部磁性部材4
7，49の機能については、追って詳述する。
【００１７】前部ハウジング部材25は円盤状部分51を含
み、これによって、入力軸19の前端部を回転可能に支持
するためのベアリング53を受け止めている。また、後部
ハウジング部材27の半径方向内側の環状部分には、シー
ル部材55が配置されている。そして、シール部材55の半
径方向内側面が、円筒状の接続部材43を支持する回転座
となって、シール部材55と円筒状の接続部材43との間か
らの、潤滑液の漏れを防止している。後部ハウジング部
材27には、磁性部材57（導通リング）が固定され、互い
に回転可能となっている。また、後部ハウジング部材27
のさらに前方位置には、磁性部材59（導通リング）が同
様に固定され、後部ハウジング部材27と共に回転可能と
なっている。
【００１８】ここで、図１と共に、図１の要部拡大図で
ある図２を参照する。駆動部材21は、環状部61を含んで
いる。この環状部61は、前部磁性部材47を取り囲む位置
であって、かつ、コイル31の大部分を取り囲む位置に設
けられている。この環状部61の後端部（図１および図２
の左側端部）には、円盤状をなす一対の入力継手部材6
3，65が、出力継手部材29の軸方向両側に位置するよう
に設けられている。図示の例では、出力継手部材29およ
び入力継手部材63，65は、夫々後部ハウジング部材27又
は環状部61に一体形成されているが、当業者には理解さ
れるように、例えば、環状部61に入力継手部材63をプレ
ス成形し、それから、後部ハウジング部材27に出力継手
部材29をプレス成形し、最後に、環状部61に入力継手部
材65をプレス成形することが必要である。
【００１９】図２に示されるように、磁性部材57は前方
面67を有し、磁性部材59は後方面69を有する。そして、
前方面67、後方面69、出力継手手段29、入力継手部材6
3，65で、概略的に示す粘性せん断室（作用室）71を形
成している。本発明の実施の形態においては（本実施の
形態に限ってのことだが）、作用室71は半径方向に広が
る４つの環状部を有するが、これらによってもたらされ
る意義については後述の通りである。すなわち、作用室
71は、従来より周知の種類の磁性流体で満たされてい
る。磁性流体の例としては、米国特許5,667,715 号に詳
細が開示されており、その内容は参考文献として本説明
に含まれる。
【００２０】図２には、本発明の最も重要な特徴部分の
１つが、最も明確に示されているが、ＭＲ流体継手11の
無用の間隙は半径方向にのみ設けられている。なお、こ
こで用いられている間隙を表す際の「無用の」という用
語は、何の有用な働きもしないということを意味し、例
えば、本実施の形態においては、流体にせん断力を与え
ることやトルク伝達するという働きもしないということ
である。
【００２１】例えば、後部磁性部材49と磁性部材57との
間には半径方向の間隙を有し、前部磁性部材47と環状部
61との間、および環状部61と磁性部材59との間には、一
対の半径方向の間隙を有している。電磁作動装置の当業
者には当然のことであるが、これら隙間の数を可能な限
り少なくすることが常に設計の際の目標となる。また、
これも良く知られていることだが、軸方向よりも半径方
向の間隙の寸法誤差を制御する方が容易である。よっ
て、本発明の実施の形態のごとく、半径方向の間隙のみ
用いる装置は、安定的に動作を繰り返すことが可能とな
る。換言すれば、送信手段44から電磁コイル31に入力さ
れる電気信号を変化させると、ＭＲ流体継手11は、必ず
出力速度を所望の状態に、確実に変化させる。また、ヒ
ステリシスを低減させることもできる。すなわち、出力
速度と電磁コイルに入力される電気信号との関係をグラ
フ表示すれば、電流の減少時と増加時とでほぼ同じ曲線
を描くことになる。
【００２２】本発明の実施の形態に係るその他の重要な
特徴部分は、作用室71が電磁コイル31の半径方向外側に
位置している点である。よって、粘性流体は大きな半径
をなす円周上でせん断力を受けるので、作用室の半径方
向外側に電磁コイルが位置する場合に比べ、発生するト
ルクが大きくなる。また、出力継手部材29と、入力継手
部材63，65とを半径方向に配置したので、作用室71を構
成する壁面の大部分が半径方向に位置することとなる。
その結果、図３に示すように、磁界の磁束線73は、作用
室71の大部分に対し直交することとなる。
【００２３】最後に、固定コイル部17を備えることによ
って、全体的な構成を単純化することができる。なぜな
らば、電磁コイル31に電気信号を送信するための部材
（摺動リングその他の同様の働きをする部材）が不要と
なるからである。加えて、送信手段44を円筒状の接続部
材43へ常接させることが可能となり、全体的な構成を単
純化することができる。よって、価格の低減を図り、車
両用エンジンへの組み付けもより簡単に行うことが可能
となる。さらに、この固定コイル部17は、電気ブラシや
該電気ブラシが接触する部材等の摩擦部品を無くすこと
ができるので、ＭＲ流体継手11の作動に関する信頼性を
高めることも可能となる。
【００２４】さて、周知のように、送信手段44から電磁
コイル31への入力信号を変化させると、磁界の強さが変
化する。そして、磁界の強さの変化にほぼ比例して、磁
性流体の粘度が変化する。磁性流体の粘度の変化は、入
力軸19から入力継手部材63，65を介して出力継手部材29
へ（および磁性部材57，59へ）、さらには前・後部ハウ
ジング部材25，27へと伝達されるトルクを変化させる。
そして、継手出力部15へと伝達されるトルクを変化させ
ることにより、出力速度を変化させることができる。よ
って、ビスカスファンドライブに使用した場合に、出力
速度（すなわちファンの回転速度）を終局的に制御する
ことが可能となる。
【００２５】なお、本発明の実施の形態では、２つの入
力継手部材63，65および１つの出力継手部材29、加えて
磁性部材57，59の前方面67および後方面69で作用室71を
形成しているが、各入力部材と出力部材との数および配
置を様々に変更可能であることは、当業者に理解される
であろう。
【００２６】以上の本発明の実施の形態に基づき、本発
明について説明したが、上記説明から理解される技術に
基づき、様々な変更が可能であることが当業者には理解
されれることであろう。そして、本発明の特許請求の範
囲を逸脱しない限りにおいて、それらの変更例は本発明
に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁性流体継手の断面
図である。
【図２】図１に示す磁性流体継手の部分拡大図である。
【図３】図２に示す部分拡大図をさらに拡大したもので
あり、磁界の磁束線の様子を摸式的に表した部分断面図
である。
【符号の説明】
11 ＭＲ流体継手 15 継手出力部 19 入力軸 21 駆動部材 29 出力継手部材 31 電磁コイル 41 接続手段 44 送信手段 61 環状部 63 入力継手部材 65 入力継手部材 71 作用室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力駆動部材（19）を有する入力駆動手
    段組立体により駆動される入力継手部材（63，65）と、 出力継手部材（29）を有する継手出力部組立体（15）
    と、 前記入力継手部材（63，65）および前記出力継手部材
    （29）で形成される作用室（71）と、 該作用室（71）を通る磁界を発生させて、前記入力継手
    部材（63，65）および前記出力継手部材（29）を共に作
    動させる電磁コイル（31）と、 該電磁コイル（31）に送信手段（44）からの電気信号を
    送信する接続手段（41）と、 前記磁界の磁束線の方向に作動するように配置された磁
    性手段とを含む磁性流体継手（11）において、（ａ）前
    記入力駆動部材（19）を取り囲む位置に、前記電磁コイ
    ル（31）および前記接続手段（41）を固定配置し、さら
    に前記継手出力部組立体（15）で包囲し、（ｂ）前記入
    力継手部材（63，65）および前記出力継手部材（29）
    で、前記電磁コイル（31）に対し半径方向外側に位置す
    るように、前記作用室（71）を形成し、（ｃ）前記入力
    駆動手段組立体は、前記入力駆動部材（19）から半径方
    向に広がり、前記電磁コイル（31）の少なくとも一部分
    を取り囲む駆動部材（21，61）を含み、該駆動部材（2
    1，61）が前記入力継手部材（63，65）を駆動可能であ
    ることを特徴とする磁性流体継手。
  2. 【請求項２】 前記入力駆動部材は、入力トルク供給源
    に接続された入力軸（19）を含むことを特徴とする請求
    項１記載の磁性流体継手。
  3. 【請求項３】 前記磁性手段は、前記電磁コイル（31）
    の半径方向内側に位置する第１の磁性部材（33）を含
    み、半径方向で該第１の磁性部材（33）と前記入力軸
    （19）との間の位置に、ベアリング（35）を配置してい
    ることを特徴とする請求項２記載の磁性流体継手。
  4. 【請求項４】 前記入力継手部材は、半径方向に向けら
    れた円盤状部材（63，65）を含み、前記出力継手部材
    は、半径方向に向けられた円盤状部材（29）を含み、前
    記作用室（71）はその大部分を半径方向に配置すること
    で、前記磁界の磁束線を、前記作用室（71）に対し直交
    させることを特徴とする請求項１記載の磁性流体継手。
  5. 【請求項５】 前記入力継手部材（63，65）および前記
    出力継手部材（29）の少なくとも一方は、複数の半径方
    向に広がる円盤状部材を含み、該複数の円盤状部材が協
    働して、前記作用室に複数の半径方向に向いた部分を形
    成することを特徴とする請求項４記載の電磁流体継手。
  6. 【請求項６】 前記接続手段は、少なくとも前記入力軸
    （19）を取り囲む円筒状の接続部材（43）を含むことを
    特徴とする請求項２記載の電磁流体継手。
  7. 【請求項７】 前記継手出力部組立体（15）は、ハウジ
    ング部材（27）を有し、半径方向で該ハウジング部材
    （27）と前記円筒状の接続部材（43）との間に、シール
    部材（55）を配置したことを特徴とする請求項６記載の
    電磁流体継手。
  8. 【請求項８】 前記磁性手段は、前記電磁コイル（31）
    の前方および後方に位置する磁性部材（47，49）を含
    み、該磁性部材は互いに固定され、前記駆動部材（21）
    は、前記磁性部材の一方（47）を取り囲む環状部（61）
    を含むことを特徴とする請求項１記載の電磁流体継手。
  9. 【請求項９】 前記磁性手段は、前記入力継手部材（6
    3，65）および前記出力継手部材（29）の前方および後
    方に位置する磁性部材（59，57）を含み、該磁性部材の
    双方が、前記入力継手部材および前記出力継手部材の一
    方に固定され回転可能となっていることを特徴とする請
    求項１記載の磁性流体継手。
  10. 【請求項１０】 前記継手出力部組立体（15）は、前部
    ハウジング部材（25）および後部ハウジング部材（27）
    を含み、これらは非磁性材料からなるものを含むことを
    特徴とする請求項１記載の磁性流体継手。
  11. 【請求項１１】 前記前部ハウジング部材（25）および
    前記後部ハウジング部材（27）は、アルミダイカスト製
    品からなることを特徴とする請求項１０記載の磁性流体
    継手。
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