JP4353396B2 - 外部制御式ファン・カップリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に自動車等における機関冷却用のファン回転を外部周囲の温度変化あるいは回転変化に追従して制御する方式の外部制御式ファン・カップリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のファン・カップリング装置としては、ケースとカバーとからなる密封器匣の内部を、油の供給調整孔を有する仕切板により油溜り室と駆動ディスクを内装するトルク伝達室とに区劃し、回転時の油の集溜する駆動ディスクの外周壁部に対向する密封器匣側の内周壁面の一部にダムと、これに連なってトルク伝達室より油溜り室間に循環流通路を形成すると共に、外部周囲の温度が設定値を超えると前記仕切板の供給調整孔を開放し、設定値以下では前記仕切板の供給調整孔を閉鎖する弁部材を備え、駆動ディスクと前記密封器匣の外方付近の対向壁面に設けたトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて、駆動側から被駆動側の密封器匣側へのトルク伝達を制御する方式において、前記密封器匣の前面側または後面側に一対の電磁石を設け、その一方の電磁石に対向して供給調整孔を開閉する磁性を有する弁部材を、また他方の電磁石に対向して前記循環流通路を開閉する磁性を有する副弁部材を設けたものがある（特許第２９１１６２３号参照）。
【０００３】
しかしながら、このような従来の外部制御式のファン・カップリング装置は、一般的に電気制御が主となるために機構が複雑となり、消費電力がかかり、高価であること、また電気系統が故障した場合、作動油が循環しなくなってファン・カップリング装置が損傷されるという欠点があった。しかし、外部制御式のファン・カップリング装置は、水温、エンジン回転数、エアコン等の補機類等の制御要因を任意に選べ、かつ適正なファン制御が行えるという利点があるため、前記の欠点を解消するための改善が望まれていた。
【０００４】
そこで、本発明者らはこのような現状に鑑みて、機構が簡単で、消費電力を節約でき、セーフティー・オン（電気系統が故障しても作動油が止まることなく循環すること）の機能を有し、また各種の動作条件に応じて油量を高精度で調整して任意にかつ的確にファンの回転を制御することができる外部制御式ファン・カップリング装置を先に提案した（特開２００２−１３５５６号公報、特開２００２−８１４６６号公報参照）。
この外部制御式ファン・カップリング装置は、基本的には油溜り室からトルク伝達室へ作動油を供給する油の供給調整孔を開閉する弁部材を、永久磁石を使用した無励磁式電磁石により制御する方式を採用したもので、その構成は例えば、先端に駆動ディスクを固着した回転軸体上に、軸受を介して支承された非磁性体からなるケースと該ケースに取着されたカバーとからなる密封器匣の内部を、油の供給調整孔を有する仕切板により油溜り室と、前記駆動ディスクを内装するトルク伝達室とに区劃し、回転時の油の集溜する駆動ディスクの外周壁に対向する密封器匣側の内周壁面の一部にダムと、これに連なってトルク伝達室より油溜り室間に循環流通路を形成すると共に、前記油の供給調整孔を開閉する弁部材を油溜り室内に備え、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御するようにしてなるファン・カップリング装置において、前記密封器匣の油溜り室側に永久磁石を使用した無励磁式電磁石を前記回転軸体に軸受を介して支持し、該電磁石によりアーマチャー（磁性体片）と板バネとからなる弁部材を作動させて前記油の供給調整孔を開閉制御する仕組みとなしたもので、前記油の供給調整孔を複数設け、各油の供給調整孔毎に弁部材を設けたダブル弁構造となしたものもある。
【０００５】
この外部制御式ファン・カップリング装置において、永久磁石を使用した無励磁式電磁石により油の供給調整孔を開閉制御する方式を採用した弁部材の開閉制御機構は、一般に無励磁作動バルブと同じ原理であり、その原理は永久磁石のつくる磁界と逆向きの磁界を発生するように電磁石に電流を流すと、永久磁石の磁界を相殺させることとなり、永久磁石の吸引力が消滅し、弁部材がバネの作用で仕切板側に圧接して油の供給調整孔を閉じ、他方、電磁石をＯＦＦすると弁部材がバネに抗して永久磁石側に吸引されることにより油の供給調整孔が開かれる機構となしたものである。
また、永久磁石のつくる磁界と同じ向きの磁界が発生するように電磁石に電流を流すことにより、永久磁石の吸引力と電磁石による吸引力の相乗効果で、瞬時に油の供給孔を開くことができる。
したがってこの開閉制御機構を用いると、電気系統の故障により電磁石がＯＦＦとなってもセーフティー・オン、すなわち仕切板に設けられた油の供給調整孔が開いたままの状態が保持されるので作動油が循環し、ファン・カップリング装置はＯＮの状態となってファンは回転し続け、オーバーヒートによるエンジンの損傷を防止できることとなる。
また、油の供給調整孔を複数設けてダブル弁構造とした場合には、電磁石に通電する電流の大きさを段階的に変化させて各弁を段階的に開閉させることができることにより、ファン回転を段階的に上昇させ、あるいは上昇速度を変えることができる。
なお、ケースの材質を非磁性体とするのは、磁束の漏洩を防止するためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の外部制御式ファン・カップリング装置には、改善しなければならない点がある。
すなわち、第１点は弁部材を作動させる電磁石とアーマチャーが非磁性体のケースで分断されている構造となっているため磁界相殺効率が悪く、ファン・カップリング装置の小型、軽量化がはかられないこと、第２点はファン・カップリング装置ＯＦＦ時にも電源を必要とするため、特に乗用車、小型トラック等のようなクラッチＯＦＦの比率が高い自動車等においては省電力化がはかられないこと、第３点はアーマチャーが油溜り室内の回転軸から離間した位置にあると、ファンが回転中、アーマチャーが常に油の中に存在するため油が抵抗となりアーマチャーの動作すなわち弁部材開閉の作動性が悪くなること、の３点である。
【０００７】
本発明は、上記した従来の外部制御式ファン・カップリング装置の問題点を改善するためになされたもので、ファン・カップリング装置の小型、軽量化、省電力化およびファン回転制御性の向上をはかった外部制御式ファン・カップリング装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る外部制御式ファン・カップリング装置は、先端に駆動ディスクを固着した回転軸体上に、軸受を介して支承された非磁性体のケースと該ケースに取着されたカバーとからなる密封器匣の内部を、仕切板により油溜り室と、前記駆動ディスクを内装するトルク伝達室とに区劃し、回転時の油の集溜する駆動ディスクの外周壁部に対向するカバーの内周壁面の一部にダムと、これに連なってトルク伝達室側と油溜り室間に油循環流通路が形成され、該油循環流通路を開閉する弁部材を油溜り室内に備え、前記弁部材はアーマチャーと板バネとからなり、前記密封器匣の油溜り室側に永久磁石を使用した無励磁式電磁石を前記回転軸体に軸受を介して支持し、該電磁石により前記弁部材を作動させて油循環流通路を開閉制御する仕組みとなし、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御するようにしてなるファン・カップリング装置において、前記ケースにトルク伝達室側より油溜り室に通ずる油回収用循環流通路と、油溜り室側よりトルク伝達室に通ずる２組の油供給用循環流通路を形成すると共に、各油供給用循環流通路毎に当該通路を開閉する前記弁部材を同軸的に油溜り室内に設けてダブル弁構造となし、かつ前記弁部材のアーマチャーを前記回転軸近傍に配置した構成となしたことを特徴とするものである。
また、前記無励磁式電磁石の磁束を効率よく各弁部材のアーマチャーに伝えるためのリング形状の磁性体を前記ケースに組込んだ構成となしたことを特徴とするものである。さらに、前記２組の油供給用循環流通路を径方向位置を変えて配置したり、または前記油供給用循環流通路の両サイドに油流入量を制限する一対の堰を油溜り室内周壁と仕切板の両方に密着するごとく設けたりするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るダブル弁構造の外部制御式ファン・カップリング装置の一実施例を示す縦断面図、図２は同上装置の油回収用循環流通路側を示す半截縦断面図、図３は同上装置の弁部材を示す正面図、図４は同上装置における油溜り室、油循環流通路および油流入量を制限する堰の配置を示す説明図で、（Ａ）は油溜り室と、径方向位置を変えて配置した油循環流通路を示す説明図、（Ｂ）は油溜り室と、径方向位置を同一に配置した油循環流通路および油流入量を制限する堰の配置を示す説明図で、１は回転軸体（駆動軸）、２は密封器匣、２−１はケース、２−２はカバー、３は駆動ディスク、４は仕切板、５は油溜り室、６はトルク伝達室、７−１、７−２は油供給用循環流通路、８は油回収用循環流通路、９−１、９−２は弁部材、９−１ａ、９−２ａは板バネ、９−１ｂ、９−２ｂはアーマチャー、９−１ｃ、９−２ｃはケースへの板バネ固定孔、１０は永久磁石、１１−１は磁気ループエレメント、１２は電磁石、１３は電磁石支持体、１４、１５は軸受、１６は堰、１７はダムである。
【００１０】
すなわち、図１に示す外部制御式ファン・カップリング装置は、駆動部（エンジン）の駆動によって回転する回転軸体（駆動軸）１に、軸受１４を介してケース２−１とカバー２−２とからなる密封器匣２が支承され、この密封器匣２内は仕切板４にて油溜り室５とトルク伝達室６とに区劃され、トルク伝達室６内には回転軸体１の先端に固着された駆動ディスク３が該トルク伝達室の内周面との間にトルク伝達間隙が形成されるように収納されている。そして、ケース２−１には、図２に示すごとくトルク伝達室側６より油溜り室５に通ずる油回収用循環流通路８と、図１に示すごとく２組の油供給用循環流通路７−１、７−２が設けられている。
なお、ダム１７は回転時の油の集溜する駆動ディスク３の外周壁部と対向するカバー２−２の内周壁面の一部に設けられている。
【００１１】
ケース２−１に設けられた２組の油供給用循環流通路７−１、７−２を開閉する弁部材９−１、９−２は、それぞれ板バネ９−１ａ、９−２ａとアーマチャー９−１ｂ、９−２ｂとからなり、ファン回転時に油溜り室５内の油の抵抗を受けにくくするために、各弁部材のアーマチャー９−１ｂ、９−２ｂが回転軸体（駆動軸）１近傍に位置するように板バネ９−１ａ、９−２ａをケース２−１に取付ける。板バネ９−１ａ、９−２ａは図２に示すごとく、その端部に設けた固定孔９−１ｃ、９−２ｃにねじ（図示せず）を貫通させてケース２−１に螺着する。
【００１２】
密封器匣２の駆動部側には、回転軸体１に軸受１５を介して支承された電磁石支持体１３に電磁石１２が支持され、かつケース２−１に組込まれたリング状の磁気ループエレメント１１−１に前記電磁石１２と対をなす永久磁石１０が前記各弁部材のアーマチャー９−１ｂ、９−２ｂと対向して取付けられている。前記電磁石１２は図示のように該電磁石支持体１３の一部が磁気ループエレメント１１−１に凹凸嵌合され、また永久磁石１０は磁気ループエレメント１１−１の裏面側に形成した凹部１１−１ａに収納されている。すなわち、電磁石１２の磁束を効率よく各弁部材のアーマチャーに伝えるため、リング状の磁気ループエレメント１１−１を用いて各弁部材の作動機構を構成した。
したがって、この作動機構の場合は、永久磁石１０の作る磁界と逆向きの磁界が発生するように電磁石１１に電流を流すと、永久磁石１０の磁界を相殺させることにより、永久磁石１０の吸引力が消滅し、各弁部材９−１、９−２のアーマチャー９−１ｂ、９−２ｂが当該板バネ９−１ａ、９−２ａの作用により磁気ループエレメント１１−１より離間することにより油供給用循環流通路７−１及び７−２が共に開かれ、他方、電磁石１１をＯＦＦすると、永久磁石１０の吸引力によりアーマチャー９−１ｂ、９−２ｂが当該板バネ９−１ａ、９−２ａに抗して磁気ループエレメント１１−１側に吸引されることにより、当該板バネ９−１ａ、９−２ａがケース２−１側に圧接して油供給用循環流通路７−１、７−２が共に閉じられる。
【００１３】
上記構成のファン・カップリング装置において、永久磁石１０のつくる磁界と逆向きの磁界が発生するように電磁石１１に電流を流すと、前記したように永久磁石１０の吸引力が消滅し、各弁部材９−１、９−２が当該板バネ９−１ａ、９−２ａの作用により磁気ループエレメント１１−１より離間することにより油供給用循環流通路７−１、７−２が開かれ、かつその開状態が保持されることにより、油溜り室５内の油が２組の油供給用循環流通路７−１、７−２よりトルク伝達室６に供給され、このトルク伝達室６に供給された油により駆動ディスク３の駆動トルクがケース２−１に伝達され、該ケースに取付けられた冷却ファン（図示せず）の回転速度が増す。逆に、電磁石１１をＯＦＦすると、永久磁石１０の吸引力により油供給用循環流通路７−１、７−２が閉じられ、かつその閉状態が保持されることにより油溜り室５からトルク伝達室６への油の供給が停止するとともに、トルク伝達室６内の油が油回収用循環流通路８より油溜り室５へ回収されることによりトルク伝達率が低下し、ケース２−１の回転速度が減少して冷却ファンが減速する。
【００１４】
また、上記のダブルバルブ構造のファン・カップリング装置において、２組の油供給用循環流通路７−１、７−２のトルク伝達室室開孔７−１ａ、７−２ａの径方向位置を変えて配置した場合（図４Ａ）と、トルク伝達室室開孔７−１ａ、７−２ａの径方向位置を同一に配置するとともに、一方の油溜り室開孔７−１ａに油流入量を制限する堰１６を設けた場合（図４Ｂ）には、次のような制御を行うことができる。
１）３段回転数制御
１つの電磁石への制御信号で、３つの安定した回転パターンを制御することができる。すなわち、２つの弁を電圧ＯＶ、＋１２Ｖ、−１２Ｖの３つのパターンのスイッチングにより開閉制御することにより、ファン回転をＯｎ回転、Ｍｉｄｄｌ回転、Ｏｆｆ回転の３つの安定した回転パターンを制御することができる。なお、１２Ｖはバッテリー電圧と同じである。
２）任意回転速度制御
回転軸体（駆動軸）と電磁石（回転部）との相対回転速度差を磁気ピックアップ等により計測することで、その回転速度をフィードバックしながら、指定回転がＯｆｆ回転ーＭｉｄｄｌ回転間であれば、Ｍｉｄｄｌ回転用バルブ（油供給用循環流通路７−１、７−２）を開閉して制御し、Ｍｉｄｄｌ回転ーＯｎ回転間であれば、Ｏｎ回転用バルブを開閉してＯｎ回転数を制御する。
【００１５】
さらに、同じくダブルバルブ構造のファン・カップリング装置における油供給用循環流通路７−１、７−２、トルク伝達室開孔７−１ａ、７−２ａの径方向位置を変えて配置した場合には、Ｍｉｄｄｌ回転およびＯｎ回転の回転パターンにおいて以下の特性が得られる。
すなわち、油供給用循環流通路７−１、７−２のトルク伝達室開孔７−１ａ、７−２ａがトルク伝達面外径位置に開孔している場合には、油の供給圧が高く、トルクが発生しやすい外周部に油を直接供給できるため、トルクの立上がり速度が速い。逆に、トルク伝達室開孔７−２ａがトルク伝達面内径位置に開孔している場合には、油の供給圧が低いため、立上がり速度が遅い。ただし、定常状態での最大トルクはこの位置には依存しない。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係る外部制御式ファン・カップリング装置は、非磁性体のケースに電磁石の磁束を効率よくアーマチャーに伝えるための磁性体を非磁性体のケースに設けたことにより、磁界相殺効率が良好となり、ファン・カップリング装置の小型、軽量化がはかられ、またケースに油溜り室側よりトルク伝達室に通ずる油供給用循環流通路と、トルク伝達室側より油溜り室に通ずる油回収用循環流通路を形成すると共に、各供給用循環流通路毎に弁部材を設けて電源ＯＦＦ時に各循環流通路が閉じられる油供給手段を採用したことにより、ファン・カップリング装置ＯＦＦ時には電源が不要となり、特に乗用車、小型トラック等のようなクラッチＯＦＦの比率が高い自動車等においては省電力化がはかられ、さらに弁部材のアーマチャーを回転軸（駆動軸）近傍に配置した構成となしたことにより、油溜り室内における弁部材の作動性が良くなり、ファン回転制御性を向上できる。さらにまた、ダフル弁構造の場合、油溜り室開孔の径方向位置を変えたり、油流入量を制限するための堰を設けたりすることで、３段回転数制御や任意回転数制御を安定して行うことができる上、トルク伝達室開孔の径方向位置を変えることにより、トルクの立ち上がり速度を制御できるなどの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る外部制御式ファン・カップリング装置の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】 同上装置の油回収用循環流通路を示す半截縦断面図である。
【図３】 同上装置の弁部材を示す正面図である。
【図４】 同上装置における油溜り室、油循環流通路および油流入量を制限する堰の配置を示す図で、（Ａ）は油溜り室と、径方向位置を変えて配置した油循環流通路を示す説明図、（Ｂ）は油溜り室と、径方向位置を同一に配置した油循環流通路および油流入量を制限する堰の配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 回転軸体（駆動軸）
２ 密封器匣
２−１ ケース
２−２ カバー
３ 駆動ディスク
４ 仕切板
５ 油溜り室
６ トルク伝達室
７−１、７−２ 油供給用循環流通路
７−１ａ、７−２ａ トルク伝達室開孔
８ 油回収用循環流通路
９−１、９−２ 弁部材
９−１ａ、９−２ａ 板バネ
９−１ｂ、９−２ｂ アーマチャー
９−１ｃ、９−２ｃ 板バネ固定孔
１０ 永久磁石
１１−１ 磁気ループエレメント
１２ 電磁石
１３ 電磁石支持体
１４、１５ 軸受
１６ 堰
１７ ダム

Claims (4)

1. 先端に駆動ディスクを固着した回転軸体上に、軸受を介して支承された非磁性体のケースと該ケースに取着されたカバーとからなる密封器匣の内部を、仕切板により油溜り室と、前記駆動ディスクを内装するトルク伝達室とに区劃し、回転時の油の集溜する駆動ディスクの外周壁部に対向するカバーの内周壁面の一部にダムと、これに連なってトルク伝達室と油溜り室間に油循環流通路が形成され、該油循環流通路を開閉する弁部材を油溜り室内に備え、前記弁部材はアーマチャーと板バネとからなり、前記密封器匣の油溜り室側に永久磁石を使用した無励磁式電磁石を前記回転軸体に軸受を介して支持し、該電磁石により前記弁部材を作動させて油循環流通路を開閉制御する仕組みとなし、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御するようにしてなるファン・カップリング装置において、前記ケースにトルク伝達室側より油溜り室に通ずる油回収用循環流通路と、油溜り室側よりトルク伝達室に通ずる２組の油供給用循環流通路を形成すると共に、各油供給用循環流通路毎に当該通路を開閉する前記弁部材を同軸的に油溜り室内に設けてダブル弁構造となし、かつ前記弁部材のアーマチャーを前記回転軸近傍に配置した構成となしたことを特徴とする外部制御式ファン・カップリング装置。
2. 前記無励磁式電磁石の磁束を効率よく各弁部材のアーマチャーに伝えるためのリング形状の磁性体を前記ケースに組込んだ構成となしたことを特徴とする請求項１記載の外部制御式ファン・カップリング装置。
3. 前記２組の油供給用循環流通路を径方向位置を変えて配置することを特徴とする請求項１または２記載の外部制御式ファン・カップリング装置。
4. 前記油供給用循環流通路の両サイドに油流入量を制限する一対の堰を油溜り室内周壁と仕切板の両方に密着するごとく設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の外部制御式ファン・カップリング装置。

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