JPS5925860B2 - 自動切換式フアン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用冷却系統内のファン１駆動装置、さ
らに詳しくは温度が予め定めた値を超えて上昇したとき
係合状態となる自動温度調節的に制御される摩擦クラッ
チに関する。

内燃機関を装備した乗物において、すべての駆動状態の
下で必要な熱放散を達成するために冷却系統内にファン
を配置しなければならないが、この場合ファンによる空
気の強制運動に必要とするのはわずかに作動範囲の約１
５乃至２０係でアル。

もしファンがモータと強固に結合されまたもしファンへ
の入力が回転速度の３乗にほぼ比例するならば、モータ
動力の約８％の大きさの程度の動力損失となる。

そのうえ、モータをファンに強固に結合することはこれ
らが過大な空気量を高い回転速度で排出しこれらによっ
てモータの過冷を生ぜしめ、さらに不必要にして極めて
妨害になる騒音を発生するから不利である。

上述の不都合を避けるために、ファンとモータとの間に
摺動可能な摩擦クラッチを提供するため種々の提案がな
されてきた。

そのうえ別個の電気モータを用いてファンを駆動するこ
とおよび調節可能な羽根を有するファンを用いることが
既に提案されている。

これらの提案ならびに構造はすべて、技術上、操作上お
よび価格の点で不利点をもつから基本的な要求事項を極
めて部分的に満たすか、或は全く満足し得ないものであ
る。

普通型電磁式作動ファンクラッチは一般に高価で、かつ
切換操作が困難でかつ駆動要素に負荷をかける。

また、スリップリングを介する電流の供給は必ずしも信
頼できず、スリップリングを具備しないものは、価格の
点から特別な場合に使用に供せられるのみである。

別個の電気モータを有するファンは乗物用には比較的小
型の電気装置が使用されるから極めて小動力をもち得る
に過ぎず、従って高価な冷却器構造となり、そのうえさ
らに別個の切換装置およびサーモスタットを必要とする
。

液体式滑りクラッチが温度自動調節的に制御される構造
および非制御構造に用いることが知られて来たが、温度
自動調節的に制御される構造は一般の使用上高価過ぎ、
また非制御構造は実際上の要求事項にはほとんど或は全
く適合しない。

加えて絶え間なく起る滑りのため、多量の熱が放出され
なければならずその結果可成り高い作用温度を生ずるか
ら、普通の熱可塑性プラスチックで造られたファンの使
用は高価な構造上の手段を施さずには可能ではなくかつ
両方の構造に対して極めて不利点を有する。

既に既知である機械的摩擦クラッチはその構造が所期の
目的に対し敏感過ぎるから作動機能上信頼性に欠けかつ
満足できず、かつ制御が困難であるからそれらの実際の
使用は成功しない。

本発明者は上記欠点を解決するための基本的方法を特願
昭５１−８８３０７号に於で自動切換式ファンの係合離
反方法として出願した。

詳細に説明すれば、前記方法は「対向する壁面と該壁面
で囲繞される腔内に充填された感熱部材からなり、ファ
ンに担持されており（１）駆動軸上でかつ該駆動軸から
離れた同心円上に配置されており、該駆動軸とファンの
係合時のみ該ファンと共に回転する、サーモスタットを
備えており、前記壁は冷却空気温度の上昇による前記腔
内の気体圧力上昇に応動して摩擦クラッチ部材を作動さ
せファンと駆動軸とを係合させる、特に内燃機関の自動
切換式ファンに於で、（２）前記サーモスタットの腔内
の感熱部材は摩擦クラッチ部材が作動すべき所望の冷却
空気温度範囲内に沸点を有しかつ最高冷却温度に於ても
液体一気体の２相状態を保つ量の液体を充填することに
より、前記摩擦クラッチの係合離反動作を前記腔内の感
熱部材の気体部分の圧力変化で行ない、更に該摩擦クラ
ッチの係合又は離反動作維持を、前記摩擦クラッチの係
合によるサーモスタットの回転によるサーモスタット腔
内の液体部分の遠心力による軸方向力の有無によること
を特徴とする」ものである。

従って本願に係る自動切換式ファンは、前述した欠点を
解決するために特願昭５１−８８３０７号で開示した方
法を基本的に用いて、流量制御された冷却空気流を生じ
させ、かつ構造及び製造が特に廉価かつ簡単である具体
的な自動切換式ファンを提供するものである。

この目的は対向する壁面と該壁面で囲繞される腔内に充
填された感熱部材からなり、ファンに相持されており、
駆動軸上でかつ該駆動軸から離れた同心円上に配置され
ており、該駆動軸とファンの係合時のみ該ファンと共に
回転するサーモスタットを備えており、前記壁は冷却空
気温度の上昇による前記腔内の気体圧力上昇に応動して
摩擦クラッチ部材を作動させファンと駆動軸とを係合さ
せる、特に内燃機関の自動切換式ファンに於て、 前記サーモスタットの腔は金属部材からなる固定壁と変
形可能な弾性部材からなる可動壁で画成されており、前
記腔内には摩擦クラッチが作動すべりに所望の冷却温度
範囲内の沸点を有しかつ最高冷却温度に於ても液体−気
体の２相状態を保つ量の感熱部材が充填されており、前
記腔内の感熱部材の気体部分は冷却空気温度の変化に応
動して圧力変化し腔の可動壁を変形させファン側の摩擦
クラッチ部材を摺動し駆動軸側の摩擦クラッチ部材と係
合させ、該摩擦クラッチ部材間の係合によるファンの回
転による前記腔内の感熱部材の液体部分を生ずる遠心力
は前記腔を介して可動壁を更に変形させファン側の摩擦
クラッチを更に摺動し該摩擦クラッチの係合状態を保証
することにより達成することができる。

更に前記サーモスタットはベアリングを支持する前記フ
ァンの内側部分と羽根を担持するファンの外側部分を機
械的に接続すると好的である。

更に前記摩擦係合クラッチ手段は前記サーモスタットに
より発生される摺動力に対抗し、該クラッチ手段を離反
した状態に維持するための、スプリング手段を備えてお
り、該スプリング手段の反発力は前記腔内の感熱部材の
液体部分の回転により発生する軸方向の力よりも大きく
かつ前記腔内の感熱部材の気体部分が沸点に達した時に
発生する軸方向の力よりも小さく設けると好適である。

添図を参照しつつ以下に本発明を詳述する。

図において通常の方法でモータに結合された水ポンプの
ハウジングを１で示す。

水ポンプ軸２は玉軸受装置３によってハウジング１内に
回転可能に支持されている。

さらに、ポンプインペラ４は水ポンプ軸２に押嵌めされ
ている。

軸胴シール５がモータの水室を軸受部から隔離する。

バブ６もまた水ポンプ軸２に押嵌めされかつ２部品７，
８から成る■ベルト滑車を取付けている。

円板９がリベット１０によって部品８に固定されており
接手の部分を形成する。

ファンはポンプ軸２の肩部１１上で自由に回転可能に支
持された内側バブ部分１７から成る。

この支持方法は種々の方法で行われ、例えば自己潤滑式
減磨軸受の形態または球軸受として（この両型式とも本
図では図示されていない）、或は第１図に示すように自
己潤滑式減磨軸受部１３および１４間に位置する棒状軸
受１２として用いることができる。

円板１５およびばねリング１６がファンを軸２に対して
相対軸移動を固定する。

ファンは羽根３０〜３３が取付けられる環状外側部１８
をもつ。

これらの部品は熱可塑性可塑材で造ることが好ましくか
つサーモスタツＩ−１９、２０に結合される。

図示の実施例において、外側ファン部１８はサーモスタ
ットに鋳込まれ、また所望の材料で製造できる内側通風
機部１７はスクリュによってサーモスタットに結合され
る。

サーモスタットはその前面に配置されかつ冷却空気流に
さらされた金属板１９、ゴム質の弾性ダイヤフラム２０
および金属製仕切り２１から成る。

金属板１９は該板とダイヤフラム２０との間に腔２２が
存在するように形成されている。

金属板１９はまた前面周辺に亘って分布された膨らみ部
２３をもちこれらは板１９に剛性を付与しかつサーモス
タットの腔内に収納された液体をさらに迅速に回転し始
めさせるのに用いられる。

冷却空気流を受ける金属板１９は金属板から型打ち成形
され或はまた金属鋳造方法で製造されるが、この場合膨
らみ部２３は外側においても内側においても任意所望数
の放射状リブで置換できる。

サーモスタット１９．２０の腔２２は密閉された気密構
造である。

仕切り２１は絶対必要というものではないがこれは充填
媒体への熱交換性を改善してダイヤフラム２０が甚だし
く変形するのを防ぐから好ましいものである。

仕切り２１は充填媒体が該仕切り２１の前面および後面
にある空所内を連通できるように外周部に少くとも１つ
の孔２４をもつ。

ダイヤフラム２０は布地入りまたは布地無しのゴム状弾
性材料、または適当な弾性をもつ可塑材、或は比較的直
径が大きくかつ行程が小さい場合には金属でも構成する
ことができる。

第３図はリブ付き形状をもつ環状ダイヤフラムを、また
第４図は折たたみ型ポケットをもつ環状ダイヤプラムを
示す。

もちろん、リブまたは折たたみ型ポケットの数は所望ど
おりに選定できる。

摩擦円板２５がまたダイヤフラム２０と円板または板９
との間に配置されかつバブ１７上で自由に軸方向で移動
可能に位置づけられかつ摩擦クラッチ用として好適な材
料で構成される。

摩擦円板２５は外周に数個の放射状突起２６をもちこれ
らは外側ファン部１８に設けられた適当な軸方向に延び
る溝または内歯スプライン２７と係合する。

予荷重を受けたコイルばね２８の１端は摩擦円板２５の
１方の側と押当り、かつ他端はバブ部１７に固定された
ばねリング２９上で支持される。

はね２８はまたカップばねとして構成することもできる
。

第２図はファン部分１８に配設された羽根３０゜３１の
部分を示す。

液体がサーモスタット１９ 、２０の腔内に含まれこの
液体はほぼ５０°乃至６０°Ｃの温度範囲内の沸点をも
つ。

もし沸点がこれよりも低ければ所望に従いばね２８に加
えられた初期応力によって補償せしめることができる。

充填量は全作動範囲に亘って、従って高温時においても
成る量の液体がサーモスタット内で蒸発されずに常に残
留し、これがファンによって回転に押やられるように選
定される。

この残留液体量は、摩擦円板２５と円板９との間でその
遠心力によって発生され、かつクラッチ部に軸方向へ作
用する接触力の１部が温度により生じたガス圧力なしに
はクラッチトルクを伝達するには不十分であるように決
められる。

一般に充填媒体としては例えばトリクロロフロロエチレ
ン（Ｃ２Ｃ１３Ｆ３）が用いられこれは「フレオン１１
３」なる登録商標で知られている。

可塑材製のダイヤフラムを用いるときは、この可塑材と
しては化学的に靭性のあるものを選定することが知られ
ている。

充填媒体としてもし「フレオン１１３」を使用すれば登
録商標クロロブレン（Ｃ１ｏｒｏｐｒｅｎ ）、ビタン
（Ｖｉｔａｎ）およびネオプレン（Ｎｅｏｐｒｅｎ ）
として知られているエラストマ弾性ゴムのようなゴム状
弾性ダイヤフラム用として用いることができる。

勿論、他の材料組合せも可能である。

例えば充填媒体はまた２つ以上の異った液体を混成した
ものを使用できるが、この場合にはいずれの材料の沸点
もサーモスタットの所望作動温度よりも可成り低くなけ
ればならない。

作動について述べれば次のとおりである：上述したファ
ンが乗物の冷却器またはラジェータの後方に配置されか
つモータから■ベルト滑車を介して駆動されるとき、作
動開始時には、弁インペラ１７，１８は最初に軸１１と
は結合されずに殆んど静止状態を保つ。

冷却器を通流しかつ暖められた空気はファンのサーモス
タットに徐々に作用し；このような空気流は既に低い移
動速度において発生され、しかもファンの風車作用によ
って既に生ぜしめられている。

冷却空気流の温度が増加すると、サーモスタットもまた
更に高い温度に移動し、組合った温度に達すると、充填
媒体がサーモスタット内で沸騰し、この場合、サーモス
タットに更に一定の熱供給が存在すると、ガス圧力が上
昇して弾性ダイヤフラム２０を左方へ（第１図）押し、
かっばね２８の力に打勝つと摩擦円板２５はモータによ
って駆動されている円板９に押当てられる。

始動時の摩擦結合によって、ファンおよびファンに結合
されたサーモスタット部分２０〜２４もまた突起２６を
介してこれに伴って回転を開始する。

サーモスタット内に存在する液体もまた回転し始めて遠
心力が液体を外周に押して軸方向に可撓なダイヤプラム
に付加圧力を加えかつ摩擦円板２５に伝達され、ガス圧
力によって生ぜしめられた接触力を強化して伝達され得
るトルクに可成りの増加を来す。

ガスと液体との圧力の協働作用によって、クラッチはフ
ァンの駆動要素が負荷状態に何等の間欠的な急激変動を
吸収する必要がない程度に円滑に係合される。

冷却空気温度が正常値を超えている限り、クラッチの係
合状態は維持されてラジェータの強力な冷却が行なわれ
る。

もし冷却空気温度が充填媒体の沸点附近の値に低下する
と、サーモスタート内で作用しているガス圧力も消滅し
て遠心力で発生した圧力のみが残るが、この圧力だけで
はすべての作動範囲内でファントルクを伝達するには不
十分である。

成る作動状態においてもしクラッチが１瞬間だけ外れる
と、直ちにファン速度が低下し遠心力によって生ずる圧
力の大きさはこの力が回転速度の２乗に比例するから急
速に衰える。

このために、クラッチが滑り始めた瞬間に摩擦円板２５
には動的摩擦値を加えることが絶対に必要であるが、こ
の摩擦力の大きさは静摩擦値（係合摩擦）よりも可成り
小さい。

これによって摩擦クラッチの迅速かつ実質的に滑りを伴
わない外れが保証される。

本発明によるファンの設計構造ならびに選定された温度
、充填媒体および材料等は本発明の要旨から離脱するこ
となく変更が可能である。

本発明はその特定実施例について説明のために詳細を述
べたが上述の装置の変形がその部品の配−置をも含み本
発明の請求範囲内に包括され得ることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は乗物モータのポンプ軸に取付けられた本発明に
よるファンの軸方向断面図；第２図は第１図の矢印Ａの
方向に見た冷却空気にさらされるファン部分、サーモス
タットの前面図；第３図および第４図は２種類の異った
形態を有するダイヤフラムを示す。 図中、符号：１・・・・・・水ポンプハウジング、２・
・・・・・水ポンプ軸、３・・・・・・球軸受装置、４
・・・・・・ポンプインペラ、５・・・・・・軸シール
、６・・・・・・ハフ、７，８・・・・・・Ｖベルトプ
ーリ部分、９・・・・・・円板、１０・・・・・・鋲、
１１・・・・・・ポンプ軸肩部、１２・・・・・・棒状
軸受、１３．１４・・・・・・減磨軸受部、１５・・・
・・・円板、１６・・・・・・ばねリング、１７・・・
・・・内側ハブ部、１８・・・・・・ファン外側部、１
９，２０・・・・・・サーモスタット、２１・・・・・
・仕切り、２２・・・・・・腔、２３・・・・・・膨ら
み部、２４・・・・・・孔、２５・・・・・・摩擦円板
、２６・・・・・・放射状突起、２７・・・・・・内歯
スプライン、２８・・・・・・コイルばね、２９・・・
・・・ばねリング、３０〜３３・・・・・・羽根、４０
・・・・・・同心円環状リブ、５０・・・・・・折り返
しポケッ ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動軸と同心円上に位置する環状被駆動回転体と同
   心円に支持されているファンと、前記回転体に固定され
   た壁及び流通する冷却空気の温度変化による感熱部材の
   体積変化により前、後進する可動壁で画成される腔内に
   充填された感熱部材と、前記駆動軸に接続されており該
   駆動軸と共に回転し冷却空気温度のファンが係合すべき
   温度までの上昇に感応し前記感熱部材が腔内での体積変
   化による前記可動壁の摺動を介して前記駆動軸から前記
   回転体に回転力を伝達するクラッチ部材とを備えている
   、特に内燃機関の自動切換式ファンに於て、 前記腔内には摩擦クラッチが作動すべき所望の冷却温度
   範囲内の沸点を有しかつ最高冷却温度に於て液体−気体
   の２相状態を保つ量の感熱部材が充填されており、前記
   感熱部材の一部は冷却空気温度の上昇に応答して気化し
   、前記可動壁を摺動しクラッチ部材を係合させ駆動軸か
   ら環状被駆動回転体に回転力を伝達し、更に前記感熱部
   材の残余液体部分は、前記クラッチ部材の係合による環
   状被駆動回転体の回転による遠心力の分力により前記可
   動壁を更に押圧しクラッチ部材の係合力を増加させるこ
   とを特徴とする自動切換式ファン。 ２ サーモスタットの可動壁の外表面に作動するコイル
   ばねが設けられている、ことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のファン。 ３ サーモスタットは環状かつ駆動軸を同心円上に覆う
   ように形成されており、サーモスタットはベアリングに
   接続されているファンの内側バブ部と羽根を担持してい
   るファンの外側部間のみで接続されている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１又は２項のいずれ
   か１項に記載のファン。 ４ サーモスタットの軸方向可動壁は弾性ゴム材料から
   構成されている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか
   １項に記載のファン。 ５ サーモスタットの軸方向可動壁には同心円環状リブ
   が設けられている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
   １項に記載のファン。 ６ サーモスタットの軸方向可動壁には折り返しポケッ
   トが設けられている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
   １項に記載のファン。 ７ サーモスタットの腔内部の全部又は一部は液体トリ
   クロロトリフロロエチレン（Ｃ２Ｃ１３Ｆ３）が充填さ
   れている、 ことを特徴とする特許 １項に記載のファン。 ８ サーモスタットは熱可塑性物質で構成されており羽
   根を担持しているファン外側部上に設けられている、 ことを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれか１項に
   記載のファン。 ９ 冷却空気流にさらされているサーモスタットの固定
   金属壁と軸方向可動壁との間に金属製仕切りが設けられ
   ており、前記仕切りはその円周外側に少なくとも１つの
   開口を備えており、従って仕切り両側間が連絡できるよ
   うに設けられている、ことを特徴とする前記特許請求の
   範囲第１〜８項のいずれか１項に記載のファン。 １０ ファンの内側ハブ部に設けられているベアリン
   グは棒状軸受と自己給油式軸受部から構成されている、 ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１〜９項のいず
   れか１項に記載のファン。