(57)【要約】【課題】高速連続回転するときであっても駆動動作を確実に他方へ伝達することができる、換言すれば必要なトルク数を他方側へ確実に伝達させることができるビスカスカップリングを提供する。【解決手段】一方の回転軸に連結したハウジング３１と、他方の回転軸に連結したハブ２１と、ハウジング３１とハブ２１とにより作動室１１が形成され、作動室１１内には粘性流体が充填され、ハウジング３１に連結しているアウタープレート３２とハブ２１に連結しているインナープレート２２とが交互に配置され、かつ、粘性流体を介して動力伝達可能なビスカスカップリング１０であって、作動室１１内の粘性流体が所定温度以上に上昇したときに、アウタープレート３２とインナープレート３３とを接触させる構成を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の回転軸に連結した外側回転部材と他方の回転軸に連結した内側回転部材とにより作動室を形成し、前記作動室内に粘性流体を充填し、前記外側回転部材に連結したアウタープレートと前記内側回転部材に連結したインナープレートとを交互に配置し、前記粘性流体を介して前記双方のプレート間で動力伝達を可能とするビスカスカップリングであって、
前記作動室内の粘性流体が所定温度範囲に上昇したときに、前記アウタープレートとインナープレートとを接触させて一体に結合させることを特徴とするビスカスカップリング。
【請求項２】
前記作動室の粘性流体の表面温度が２５０℃以下において、前記アウタープレートとインナープレートとを接触させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のビスカスカップリング。
【請求項３】
前記作動室内の空き容積に対する前記粘性流体の充填率は、常温常圧で７０％から９０％の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載のビスカスカップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の回転部材から他方の回転部材へ粘性流体を介してトルク伝達を行なうビスカスカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビスカスカップリングは、同軸上で相対回転する２つ回転体の間の回転速度差を、当該２つの回転体により形成される空間（以下、作動室と呼称する）に封入された粘性流体によって制限可能とする装置である。
【０００３】
従来のビスカスカップリングの基本構成を、図６に示された具体例を用いて説明する。同図に示されるビスカスカップリング１００は、回転軸Ｃ上で相対回転が可能なように配置され、かつお互いが交互に配置されて動室１０１が形成される。主として２つの部材、すなわち第１回転部材であるハブ１０２および第２回転部材であるハウジング１０３と、ハブ１０２に対して一体回転が可能なように作動室１０１内に配置されるインナープレート１０２Ａと、ハウジング１０３に対して一体回転が可能なように作動室１０１内に配置されるアウタープレート１０３Ａとを備えている。
【０００４】
さらに、作動室１０１はシールリング１０４，１０５によって封止されており、この作動室１０１内には図示しない粘性流体であるシリコーンオイルが混在封入されている。そして、このビスカスカップリング１００が、例えば四輪駆動車の動力伝達系の前後車軸間動力伝達用の装置として使用されるならば、ハブ１０２またはハウジング１０３のどちらか一方が当該四輪駆動車の前輪側シャフト（図示せず）と係合し、もう一方が当該四輪駆動車の後輪側のシャフト（図示せず）と係合する。
【０００５】
ハブ１０２とハウジング１０３とは、お互いに相対回転が可能となっているので、それらの回転速度は時として異なる。上述の四輪駆動車に使用する場合を例として挙げるならば、前輪と後輪とが異なる速度で回転したときがそうである。そして、このような状態となったときに、ビスカスカップリング１００は、作動室１０１内における両プレート１０２Ａ，１０３Ａおよびシリコーンオイルの間で作用する粘性力によるトルク伝達効果によって、前輪および後輪（すなわちハブ１０２およびハウジング１０３）の回転速度差を制限し、更に前後輪の異なった回転速度を同じ回転速度へと動力伝達が可能である。
【０００６】
このようなビスカスカップリングは、一方から他方へ駆動力を単に伝達させるだけでなく、振動を減衰させながら伝達させる機能も有するものであり、この駆動力伝達と振動減衰との双方は機能的に相反するために、双方の機能を両立させることは難しい。即ち、このビスカスカップリングでは、駆動力（伝達力）を効率的に伝えるためには、粘性トルクが大きく入力に対してリニアな出力特性（高粘度）を有するものが好まれるが、振動減衰用のダンパとしては、粘性トルクが小さく入力値に対して出力値が小さい（低粘度）ものがより好ましい。
【特許文献１】特開２０００−３１０２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
駆動ダンパとしてこの粘性流体を利用したビスカスカップリングを用いる場合には、差動動作と摺動動作とが常に作用している。従って、特に入力回転数が大きくなり、カップリング動作による粘性摩擦により発熱で粘度が低下すると粘性トルクも低下してくるために、必要とする駆動力を保てなくなる可能性がある。
【０００８】
このため、このビスカスカップリングを、例えばエンジンからの駆動力を前輪側駆動力とともに後輪側駆動力へ伝達する動力伝達手段として用いる場合、高速連続回転を行うと、後輪側と連結する第２回転部材の方が空回りして、後輪側へ駆動力が伝達しにくくなることが考えられる。
【０００９】
また、例えば、このビスカスカップリングを、例えばエンジンからの駆動力をオルタネータへ伝達させて回転・発電するための駆動力伝達手段として用いる場合、高速連続回転を行うと、オルタネータ側へ駆動力が伝達しにくくなり、発電が十分になされず、車両が走行できなくなることが考えられる。つまり、エンジンが高回転を持続すると、スナップ（差動）を繰り返して粘性ダンパが発熱するので、駆動トルクが低下（オイルの粘度が低下）してオルタネータが充電不良を起こし、車両が走行できなくなって停止することなどが考えられる。
【００１０】
本発明の目的は、高速連続回転するときであっても駆動動作を確実に他方へ伝達することができる、換言すれば必要なトルク数を他方側へ確実に伝達させることができるビスカスカップリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のビスカスカップリングは、一方の回転軸に連結した外側回転部材と他方の回転軸に連結した内側回転部材とにより作動室を形成し、前記作動室内に粘性流体を充填し、前記外側回転部材に連結したアウタープレートと前記内側回転部材に連結したインナープレートとを交互に配置し、前記粘性流体を介して前記双方のプレート間で動力伝達を可能とするビスカスカップリングであって、前記作動室内の作動流体が所定温度以上に上昇したときに、前記アウタープレートとインナープレートとを接触させて一体に結合させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のビスカスカップリングは、前記作動室の粘性流体の温度が１６０℃〜２５０℃の範囲内となったときに、前記アウタープレートとインナープレートとを接触させることが望ましい。
【００１３】
また、本発明のビスカスカップリングは、前記作動室内の空き容積に対する前記粘性流体の充填率が、常温常圧で７０％から９０％の範囲内であるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のビスカスカップリングによれば、高速連続回転するときであっても駆動動作を確実に他方へ伝達することができる、換言すれば必要なトルク数を他方側へ確実に伝達させることができるビスカスカップリングを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
このビスカスカップリング１０は、軸心Ｃを中心として相対回転が可能なように配置され、かつお互いが組み合わさることで図示外の粘性流体が充填された環状空間である作動室１１を形成するハブ（前輪側）２１およびハウジング（後輪側）３１と、内側回転部材であるハブ２１に対して一体回転が可能なように作動室１１内に配置されるインナープレート２２と、外側回転部材であるハウジング３１に対して一体回転が可能なように、作動室１１内においてインナープレート２２と交互に配置されるアウタープレート３２とを備えている。
【００１６】
ハブ（前輪側）２１は、外周面の作動室１１の一部を構成する部分に、つまり作動室１１に臨む部分に、インナープレート２２と係合するための係合突起２１Ａを、軸心Ｃ方向に沿って複数かつ平行に形成している。ハウジング３１は、円筒状に形成されて環状の中空空間を内部に有する円筒部３３において、作動室１１の一部を構成する内周面に、アウタープレート３２と係合するための係合突起３３Ａを軸心Ｃ方向に沿って複数かつ平行に形成している。
【００１７】
インナープレート２２は、中央部に開口孔を設けた薄板略円板（略ドーナッツ）形状を有するとともに、その中央側の開口孔の内周面に沿って厚さ（Ｙ）方向に係合溝（図略）を多数設けた構造を有するものである。また、このインナープレート２２は、ハウジング３１側の円筒部３３の後述する係合突起３３Ａに係止するのを避けるために、所定の外径寸法に形成される。さらに、このインナープレート２２には、粘性摩擦を増大させるためにスリットや孔等を設けてもよい。
【００１８】
これにより、インナープレート２２は、ハブ２１の係合突起２１Ａにセレーション係合若しくはスプライン係合するようになっており、係合突起２１Ａを介してハブ２１と一体に、軸心を中心とした回転動作するようになっているが、軸Ｃ方向と平行な（Ｙ）方向については拘束されておらず、スライド（摺動）可能になっている。
【００１９】
アウタープレート３２は、インナープレート２２と同様に、開口孔３２Ａを中央部に設けた薄板略円板（略ドーナッツ）形状を有するが、インナープレート２２とは異なり、その外側の外周面に沿って厚さ（Ｙ）方向に係合溝（図略）を多数設けた構造のものである。また、このアウタープレート３２は、ハブ２１の係合突起２１に係合しないようにするため、開口孔３２Ａがインナープレート２２の開口孔よりも若干大きめに形成されている。さらに、このアウタープレート３２にも、図示しないスリットを設けてもよい。
【００２０】
このため、ハウジング３１の内部の円筒状に形成された円筒部３３の内周面において、その内周面に形成した係合突起３３Ａにアウタープレート３２の係合溝がセレーション係合若しくはスプライン係合するようになっている。従って、係合突起３３Ａを介してハウジング３１と一体に、軸心を中心として回転動作するようになっているが、インナープレート２２と同様に、軸Ｃ方向と平行な（Ｙ）方向については拘束されておらず、スライド（摺動）可能になっている。
【００２１】
作動室１１はシールリング（Ｏリング）１２、１３によって封止されており、この作動室１１内には前述した粘性流体としてシリコーンオイルが封入されている。さらに、この作動室１１には、作動室１１へのシリコーンオイルの注入口となり、また作動室１１の外部へのシリコーンオイルの漏れを防止するために、ボール１４Ａを有する逆止弁１４を設けている。
【００２２】
ビスカスカップリング１０の作動室１１内には、図示しないシリコーンオイルが充填される。本実施形態のシリコーンオイルは、常温常圧での粘度が１００〔ｃＳｔ〕〜１００万〔ｃＳｔ〕であって、この常温常圧のときの作動室１１内の空き容積に対するシリコーンオイルの充填率は、シリコーンオイルの熱膨張を考慮して常温で７０％から９０％の範囲内に設定してある。
【００２３】
本発明の実施形態にかかるビスカスカップリング５０について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のビスカスカップリング５０は、（これより右方に設けてある）図示しないエンジン（のクランク軸）側と（ビスカスカップリング５０より左方に設けてある）図示しないオルタネータ（の駆動軸）側との間に設置されており、第１の実施形態と同様に、基本的には、内側回転部材であるハブ６１と、外側回転部材であるハウジング７１と、ハブ６１とハウジング７１との間で形成する環状空間である作動室５１と、この作動室５１内において交互に設けた、ハブ６１に配設されるインナープレート６２およびハウジング７１に配設されるアウタープレート７２と、を備える。なお、同図中、符号５２、５３はシールリング（Ｏリング）を示す。
【００２４】
ハブ６１は、図３においてビスカスカップリング５０よりも左方に設けてある図示しないオルタネータの実質的なロータ駆動部を構成する駆動軸７０に対して、回転自在に支持されており、略円柱形状を呈する。そして、このハブ６１は、第１の実施形態と同様、外周面に軸（Ｙ）方向に沿って係合突起６１Ａを多数設けており、この係合突起６１Ａにインナープレート６２が保持される。
【００２５】
インナープレート６２は、第１の実施形態と同様、中央部に大きな孔を開口した薄板略リング形状を有するとともに、その中央側の開口孔の内周面に沿って厚さ（Ｙ）方向に係合溝（図略）を多数設けた構造のものである。これにより、インナープレート６２は、ハブ６１の係合突起６１Ａにセレーション係合若しくはスプライン係合してハブ６１と一体で回転動作するが、駆動軸７０の軸心Ｃ方向と平行な（Ｙ）方向についてはスライド（摺動）可能になっている。なお、ハブ６１は、締め付けボルト６４を介して被動歯車６３と一体に固定されており、この被動歯車６３は、いずれも図示しないが、エンジン側のクランク軸と一体で回転する補機駆動歯車と噛合する。なお、符号６３Ａは、被動歯車６３の歯の部分を示している。
【００２６】
一方、ハウジング７１は、円筒状に形成された円筒部７３の内周面において、第１の実施形態と同様、アウタープレート７２の係合溝がセレーション係合若しくはスプライン係合する係合突起７３Ａを設けている。従って、アウタープレート７２は、この係合突起７３Ａを介してハウジング７１と一体に（駆動軸７０の軸心を中心として）回転動作するが、インナープレート６２と同様に、軸Ｃ方向と平行な（Ｙ）方向についてはスライド（摺動）可能になっている。なお、このハウジング７１には、駆動軸７０が圧入・嵌合されており、ハブ６１側からの回転駆動力がハウジング７１へ伝達されると、ハウジング７１と一体で駆動軸７０が回転する。また、この駆動軸７０は、前述したように、オルタネータの実質的なロータ駆動部を構成しており、オルタネータ内部のステータとの間で回転することで誘導電流を発生して発電する。
【００２７】
また、本実施形態の作動室５１には、第１の実施形態と同様、粘性流体としてシリコーンオイルが封入され、シールリング５２、５３によって封止されている。さらに、この作動室５１にも、室外へのシリコーンオイルの漏れを防止するために、ボール５４Ａを有する逆止弁５４を設けている。
【００２８】
ビスカスカップリング５０は上述のような構成のものであり、このビスカスカップリング５０が介在されたクランク軸による上述のオルタネータ（発電機）の駆動作用について、図３及び図４を参照して簡単に説明することにする。
【００２９】
図３において、ビスカスカップリング５０よりも右方側に設けた図示しないエンジンの運転によるクランク軸の回転により、このクランク軸の軸端に取付けられた補機駆動歯車が一体に回転すると、この補機駆動歯車と噛合する被動歯車６３にその回転力が伝達される。この被動歯車６３と一体で回転するハブ６１には、作動室５１内にインナープレート６２を設けており、このインナープレート６２の回転とともに発生するシリコーンオイルの粘性トルクによってアウタープレート７２が連れ回されて回転する。このため、このアウタープレート７２を設けているハウジング７１およびこれと一体の駆動軸７０が回転する。このようにして、オルタネータの駆動軸７０が回転することで、発電を行うことができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係るビスカスカップリング５０の作用について説明する。
本実施形態でも、例えば高速道路での高速連続運転やワインディングロード運転を行うような場合、第１の実施形態と同じ作用が発生する。即ち、ビスカスカップリング５０において、エンジン側のクランク軸の回転に追従してインナープレート６２側が連続高速回転を行うと、作動室５１内のインナープレート６２およびアウタープレート７２とシリコーンオイルとの間の粘性摩擦により熱を生じ、作動室５１の内部温度が急激に上昇して、シリコーンオイルが熱膨張を起こす。すると、このシリコーンオイルの容積増大による作動室５１内の圧力増により、インナープレート６２及びアウタープレート７２は、図４に矢印で示すように、お互いどうしが密着しあい、全体としてみるとプレートが一方向に集合して一つにまとまる。その結果、ビスカスカップリング５０がハンプしてエンジン側とオルタネータ側とが直結した状態となる。
【００３１】
このようにプレートが集合すると、同じく第１の実施形態で説明したように、粘性摩擦による熱の発生が大幅に抑えられ、作動室５１の内部温度の低下および内部圧力の低下をもたらす。この結果、各インナープレート６２及びアウタープレート７２は、再び元の離間した状態に戻る。従って、ここで高速連続運転が終了わる場合には、エンジン側とオルタネータ側とに差動を生じることが可能な（相対回転可能）なスナッピング状態に戻る。
【００３２】
一方、高速連続運転やワインディングロード運転が継続する場合には、第１の実施形態で説明したように、集合作用による直結状態（バンピング）および離合作用による差動状態（スナッピング）を繰り返すことで、作動室５１内の温度増大及びシリコーンオイルの極端な膨張による内部圧力の大幅増が回避でき、シリコーンオイルが外部へ漏れ出するといったトラブルが回避できる。このように、本実施形態でも、長距離を長時間にわたって高速連続運転するような場合、エンジン側の駆動をビスカスカップリング５０により確実にオルタネータ側へ伝達できるので、オルタネータでの発電不能によるエンジン停止などのトラブルが確実に阻止でき、高速連続運転であっても、安全性および信頼性が確保できる。
【実施例】
【００３３】
次に、実施例について説明する。
本実施例では、第１の実施形態にかかるビスカスカップリング１０を用い、作動室１１内部への粘性流体の充填率とビスカスカップリング１０の表面温度（作動室内の温度）との相関性を調べる実験を行ってみた。ここでの実験では、粘性流体として３種類の異なる粘性係数（粘度）μ１〜μ３[ｃＴｓ]を有するシリコーンオイルを用い、それぞれ、ハブ（前輪側）２１をΔＮ＝５００ｒｐｍで高速回転させたときの温度変化を測定した。但し、ここで用いた各シリコーンオイルの粘性係数は以下の通りである。
μ１＝５００００[ｃＳｔ]
μ２＝２０００[ｃＳｔ]
μ３＝１０００[ｃＳｔ]
【００３４】
その結果、図５に示すような結果が得られた。
この図５において、ハンプ発生不可領域（α）では本発明の効果（ハンプを積極的に利用して作動室内部の温度低下を図る）があまり期待できず、本発明の効果を得るためには、ビスカス表面温度（作動室内部の温度）が１６０℃以上であることが要求される。即ちこれは、ビスカスカップリングがハンプすると、音性能が悪化し、ＮＶＨ（騒音；Noise、振動；Vibration、不快音・振動；Harshness）が発生することが知られている。ところが、もし１６０℃以下でハンプすると、常用使用域の温度であり、運転者に不快なＮＶＨを与える可能性があり、ダンパー効果としては良くない。従って、ビスカス表面温度（作動室内部の温度）が常用使用温度域である８０〜１６０℃の範囲内では、ハンプの発生を避ける必要がある。
【００３５】
一方、高温域については、例えば２５０℃までに、ハンプを積極的に発生させることで、本発明を利用してこの温度以下になるような冷却効果をもたらすことが可能である。後述するように、シール部に使用する材料の温度的な制約から、２５０℃以上は除くことが好ましい。即ちこれは、エンジン高回転持続であってスナッピング繰り返し時には、差動（作動）回転数（ΔＮ）の高い状態が続くので、ビスカスカップリングの温度が上昇する。ところが、シール部であるシーリングリング１２、１３では、耐熱温度以上になると損傷して内部に注入されているシリコーンオイルが漏れ出し、ビスカストルクが著しく低下する。そこで、本実施形態では、ビスカス表面温度が２５０℃以下で必ずハンプを発生させる。
【００３６】
このような事情により、いずれにしても粘性係数の数値にもよるが、充填率の設定範囲としては、作動室１１での空間容積に対して、常温常圧での充填率が７０〜９０％のエリア（破線（γ）の枠で囲まれた領域）が好ましいことが判明した。そこで、図５よりシリコーンオイルがμ２の場合、本発明では、上記実験結果およびこれから得られた知見などに基づき、シーリングリング１２、１３の耐熱温度（一般にはフッ素系では２５０℃）以下でビスカスカップリングをハンプさせて、作動室１１の内部温度の上昇を回避できるように構成するため、シリコーンオイルの充填率を常温常圧で７６〜８５％の範囲内に設定しているわけである。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るビスカスカップリングを示す断面図である。
【図２】その第１実施形態に係るビスカスカップリングの作用を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るビスカスカップリングを示す断面図である。
【図４】その第２実施形態に係るビスカスカップリングの作用を説明するための断面図である。
【図５】本発明のビスカスカップリングにおけるシリコーンオイルの充填率と表面温度との相関関係を示すグラフである。
【図６】従来のビスカスカップリングを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０、５０  ビスカスカップリング
１１、５１  作動室
１２、１３、５２、５３  シールリング（Ｏリング）
２１  ハブ（前輪側；内側回転部材）
２１Ａ、３３Ａ、６１Ａ、７３Ａ  係合突起
２２、６２  インナープレート
３１  ハウジング（後輪側；外側回転部材）
３２、７２  アウタープレート
３３、７３  円筒部
６１  ハブ（エンジン側；内側回転部材）
６３  被動歯車
６３Ａ  （被動歯車の）山
７０  駆動軸
７１  ハウジング（オルタネータ；外側回転部材）
Ｃ  軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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