(57)【要約】【課題】  可能な限り製造が容易で、構造空間をほとんど必要としない熱感応式クラッチを開発する。【解決手段】  駆動軸２を介して駆動される受動装置１のためのクラッチ３であって、該クラッチ３は、駆動軸２に固設されるとともに、温度および／又は回転速度に応じて駆動される受動装置１の一部に作用する温度および／又は速度感応クラッチ部材４を有し、該クラッチ部材４が、クラッチディスク５によって形成され、該クラッチディスク５の表面が、受動装置１の受動部分の表面によって形成される各カウンタ面と当接・離間可能な少なくとも１つのクラッチ面を形成し、この少なくとも１つのクラッチ面が少なくとも１つのドレン溝を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸を介して駆動される受動装置のためのクラッチであって、該クラッチは、前記駆動軸に固設されるとともに、温度および／又は回転速度に応じて駆動される前記受動装置の一部に作用する温度および／又は速度感応クラッチ部材を有し、該クラッチ部材が、クラッチディスクによって形成され、該クラッチディスクの表面が、前記受動装置の受動部分の表面によって形成される各カウンタ面と当接・離間可能な少なくとも１つのクラッチ面を形成し、この少なくとも１つのクラッチ面が少なくとも１つのドレン溝を有するクラッチ。
【請求項２】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクの外側ジャケット面は、前記受動部分の内側ジャケット面によって形成される各第１カウンタ面と当接・離間可能な少なくとも１つの第１クラッチ面を形成している。
【請求項３】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクの第１面が、前記受動部分の面によって形成される各第２カウンタ面と当接・離間可能な少なくとも１つの第２クラッチ面を形成している。
【請求項４】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクは、少なくとも部分的に、前記駆動軸又は前記受動部分よりも高い熱膨張係数を有する材料から形成されている。
【請求項５】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクは、少なくとも部分的に、アクリロニトリルブタジエン天然ゴム、アクリラート天然ゴム、エチレンプロピレン天然ゴム、シリコーン天然ゴム、及びフッ化天然ゴム（fluorocaoutchouc）から成るグループから選択されるエラストマから形成されている。
【請求項６】
請求項５のクラッチであって、前記クラッチディスクの前記材料は、約６０〜７０のショア硬度を有する。
【請求項７】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクは、少なくとも部分的に、熱可塑性材から形成されている。
【請求項８】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクは、少なくとも部分的に、金属材から形成されている。
【請求項９】
請求項８のクラッチであって、前記クラッチディスクは、少なくとも部分的に、焼結材から形成されている。
【請求項１０】
請求項９のクラッチであって、前記焼結材は、焼結ブロンズである。
【請求項１１】
請求項１のクラッチであって、少なくとも１つのクラッチ面は、耐磨耗性を備える。
【請求項１２】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチディスクは、周方向において分割化されている。
【請求項１３】
請求項１２のクラッチであって、前記分割化は、前記第１クラッチ面から前記クラッチディスクの内側領域へと延出する少なくとも１つの刻み目によって形成される。
【請求項１４】
請求項１２のクラッチであって、前記刻み目は、前記クラッチディスクの前記第１クラッチ面から内側領域へと径方向に延出している。
【請求項１５】
請求項１２のクラッチであって、前記刻み目は、前記クラッチディスクの前記第１クラッチ面から内側領域へと螺旋状に延出している。
【請求項１６】
請求項１のクラッチであって、前記駆動軸と前記クラッチディスクとは、互いに固設されている。
【請求項１７】
請求項１のクラッチであって、前記駆動軸に固設された支持ディスクが、前記クラッチディスクの少なくとも第２面の領域に配設されている。
【請求項１８】
請求項１のクラッチであって、前記受動部分は、前記駆動軸上に回転可能に取付けられている。
【請求項１９】
請求項１のクラッチであって、前記クラッチは、前記受動装置のハウジング内に配設されている。
【請求項２０】
請求項１９のクラッチであって、前記受動装置はウォータ・ポンプであり、前記ハウジングはウォータ・ポンプハウジングである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動軸を介して駆動される受動装置、特に、ウォータ・ポンプ用のクラッチに関する。このクラッチは、前記駆動軸に固設されるとともに、温度および／又は回転速度に応じて駆動される前記受動装置の一部に作用する温度および／又は速度感応クラッチ部材を有し、該クラッチ部材は、その外側ジャケット面が、前記受動部分の内側ジャケット面によって形成される各カウンタ面と当接・離間可能な少なくとも１つの第１クラッチ面を形成しているクラッチディスクによって形成されている。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ６０２９５９０４Ａ（特開昭６２−１５３５９６）から、主インペラと副インペラとを有するウォータ・ポンプが知られている。前記主インペラと前記副インペラとは駆動軸に対して同軸上に配置されている。前記主インペラは、駆動軸に固設されている。前記副インペラは、前記主インペラに対して回転可能に取付けられ、これら主インペラと副インペラ間には温度感応式クラッチ部が配設されている。所定の最低温度から、前記主インペラと副インペラ間に回転接続状態が形成され、副インペラが主インペラと共に駆動される。このようにして、ウォータ・ポンプの送水出力を所要の冷却出力に対して調節することができる。このウォータ・ポンプは、その製造が比較的手間である。
米国特許４，９１７，２２５Ａから、熱感応式遠心クラッチが知られている。このクラッチは、装置の最高駆動速度を超えることを避けるために、駆動軸の所定の速度から、クラッチ部との間にスリップ状態を作り出す速度感応式リングを有する。
米国特許３，１０５，５８０Ａは、ファンを所定の温度で作動させるために熱感応部材を有するサーモスタット制御式クラッチを開示している。前記熱感応部材は、クラッチバンドをクラッチドラムのクラッチ面に対して当接・離間可能な状態で押し付けるバイメタルとして構成されている。構成及び製造が手間であることに加えて、このクラッチには、ウォータ・ポンプなどの腐食的影響を受ける装置用には不向きであるという欠点がある。
米国特許２，６５５，０１５Ａは、比較的熱膨張係数の高い熱感応部材によって互いに押し付けられる複数のクラッチディスクを備えた熱感応式多板クラッチ（thermally multi-disk clutch）を記載している。このクラッチは、構造的に非常に複雑である。
米国特許２，８４０，３１５Ａから、ベルト駆動によってクラッチ板を介して駆動されるサーモスタット制御式ファンが知られている。そのクラッチ装置は、温度に応じてクラッチ板に対してバネ部が強弱で作用することを可能にするサーモスタット部材を有し、これにより、低温では、クラッチ板が滑りながら、即ち、駆動軸に対する或る程度の滑りを形成することによって、ファンが駆動される。高温では、前記ファンは、前記駆動軸に対して当接・離間可能に接続され、これに同期して回転する。このクラッチは、構造的に複雑であることに加えて、比較的大きな構造空間を必要とするという欠点がある。
米国特許１，３１５，７４７Ａから、ワックスやゴムなどの熱影響下で膨張する材料を有する温度感応部材を有する、ラジエータファン用のクラッチ装置が知られている。
ＧＢ７２０  １６８Ａは、遠心力の作用で互いに押し付けられ、それによって、クラッチドラムに対して押し付けられる多数の互いに離間配設されたクラッチブロックを備えた遠心クラッチを開示している。前記クラッチブロックは、これらクラッチブロックと環状のゴム体を介して接続されている環状クラッチ部材によって駆動される。
ＧＢ９３８  ５３２Ａは、ディスク状クラッチ体が、遠心力の作用で外側にクラッチドラムに対して押し付けられ、ゴム体も、星型駆動部材によって外側に押される、別の遠心クラッチを開示している。更に、弾性的に外側にクラッチドラムに対して押し付けられる別の遠心クラッチが、ＥＰ０  ３６３  ０１３Ａ１とＵＳ４，８８９， ２１５Ａとから知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１５３５９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの公知の遠心式及び熱クラッチは、ドライクラッチとして構成され、そのクラッチ表面が少なくとも時々、水などの液体に晒される、ウォータポンプ用などの、ウエット用には適していない。ドライ用に構成されたクラッチは、ウエット用として使用された場合、そのクラッチ表面間に搬送液体の膜が形成され、それによって、ハイドロプレーニングとしても知られている作用が生じて作動しなくなる。
【０００５】
本発明の課題は、可能な限り製造が容易で、構造空間をほとんど必要としない熱感応式クラッチを開発することにある。更に、このクラッチは、メンテナンスをほとんど必要とせず、しかも、腐食性媒体に対して可能な限り影響を受けないものとして構成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のクラッチは、前記駆動軸に固設されるとともに、温度および／又は回転速度に応じて駆動される前記受動装置の一部に作用する温度および／又は速度感応クラッチ部材を有し、該クラッチ部材が、クラッチディスクによって形成され、該クラッチディスクの表面が、前記受動装置の受動部分の表面によって形成される各カウンタ面と当接・離間可能な少なくとも１つのクラッチ面を形成し、この少なくとも１つのクラッチ面が少なくとも１つのドレン溝を有する。
【０００７】
本発明によれば、第１および／又は第２クラッチ表面が、少なくとも１つのドレン溝を有する構成によって達成される。この種のドレン溝は、クラッチがウォータポンプ用に使用される時に特に有利である。これによって、所謂ハイドロプレーニング作用を回避することができる。更に、クラッチ表面のこれらのドレン溝は、循環する水中に含まれる可能性のある粒子を受け入れ、除去するためにも使用される。
【０００８】
関連構成として、クラッチディスク用として所望の作動範囲における種々の温度において可能な限り最も大きな体積変化を受ける材質が選択される。この点に関して、好ましくは、このクラッチディスクを形成する材料は、駆動軸および／又は駆動される部材よりも大きな熱膨張係数を有するものとされる。
【０００９】
駆動される部材、即ち受動部材（たとえば、ウォータポンプのインペラ）は、好ましくは、駆動軸に回転可能に取付けられ、かつ、駆動軸の所定の最低回転速度以下で、所定の最低温度以下において、駆動軸から接続解除される。この低温状態、及び低速範囲において、クラッチディスクは、該クラッチディスクのクラッチ面と、受動部材の各カウンタ面との間に正確に形成されるギャップを有する。クラッチディスクの温度および／又は駆動軸の回転速度が所定の最低値を超えると、クラッチのクラッチ係合が起こる。即ち、温度の上昇によって、クラッチディスクが膨張し、これによってクラッチ係合が起こる。クラッチディスクを形成する材料の選択に拠り、応答性を、熱応答性と速度応答性との間で変化させることができる。クラッチディスク用に熱可塑性又は金属性材料を使用することによって、熱依存性のみのクラッチを構成することができる。後者の場合には、焼結ブロンズなどの焼結金属材を使用することも可能である。
【００１０】
上記熱応答性に加えて、速度依存性は、特に好適には、クラッチディスクを、少なくとも部分的に、エラストマ、好ましくは、アクリロニトリルブタジエン天然ゴム、アクリラート天然ゴム、エチレンプロピレン天然ゴム、シリコーン天然ゴム、フッ化天然ゴム（fluorocaoutchouc）等、から形成することによって達成することができる。クラッチディスクの温度が上昇すると、前記材料の膨張が起こり、クラッチディスクのクラッチ係合が起こる。もしこれをエラストマ材から形成するならば、その材料はその温度によって軟化し、これによって遠心力による膨張と、受動部材の早期の係合とが容易になる。クラッチを最適構成にする場合、高回転速度および／又は高トルクにおけるスリップの規制を達成することも可能である。
【００１１】
クラッチ面が耐磨耗性を備えるのも好適である。この耐磨耗面は、クラッチ面に耐磨耗性物質を噴霧することにより、又は、クラッチ面を加硫化することで形成することが可能である。
【００１２】
クラッチディスクの速度応答性の増加は、該クラッチディスクを周方向において分割化することによって達成することができる。好ましくは、この分割化は、クラッチ面からクラッチディスクの内側領域へと、好ましくは、径方向又は螺旋状に延出する複数の刻み目（indentations）によって形成される。この分割化によって、クラッチディスクの個々の径方向セグメントは、比較的低い速度においても確実に遠心作用によって十分に径方向外方に押され、受動部材に対するクラッチディスクのクラッチ係合状態が現出する。
【００１３】
別実施例において、駆動軸とクラッチディスクとは、固設される。これによってクラッチディスクの駆動を確実なものとすることができる。特に有利な構成において、クラッチディスクの第１面は、受動部材の面によって形成される各第２カウンタ面と当接・離間可能な第２クラッチ面を形成する。これによって、特に好適なトルク伝達が可能となる。更に、前記駆動軸に固設された支持ディスクが、クラッチディスクの少なくとも片面の領域に配設される。この支持ディスクは、クラッチディスクが軸心方向に倒伏し、クラッチディスクの損傷（denting）が起こるのを防止する。
【００１４】
クラッチディスクをエラストマ材から形成する場合、６０〜７０のショア硬度が有利であることが判っている。
【００１５】
本発明のクラッチは、非常に少数の部材から構成され、しかも、非常に僅かの構造空間しか必要としない。これにより、このクラッチは、装置のハウジング、特に、ウォータ・ポンプのハウジング内に、配設することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この実施例においてウォータポンプとして構成される装置１は、ウォータ・ポンプのハウジング内に配設されたクラッチ３を介して駆動軸２によって駆動される。前記クラッチ３は、前記駆動軸２に対して固設されている温度および／又は速度依存式クラッチ部材４を有する。該クラッチ部材４は、クラッチディスク５によって形成され、前記クラッチディスク５の外側ジャケット面は、第１クラッチ面６を形成する。この実施例ではインペラとして構成される、駆動される部材、即ち、受動部材７は、前記第１クラッチ面６がクラッチ係合状態でそれに作用する各第１カウンタ面８を有する。
【００１７】
特に図２に図示されているように、ハブ１６のギヤリング又はプロファイリングによって、前記クラッチディスク５と駆動軸２との間にポジティブ接続９を達成することができる。
【００１８】
前記クラッチディスク５を形成するための材料として、例えば、−４０℃〜１５０℃の、所望の温度範囲において可能な限り最も大きな熱膨張係数を有する材料が選択される。好ましくは、このクラッチディスク５を形成する材料は、駆動軸２および／又は駆動される部材よりも大きな熱膨張係数を有するものが選択される。クラッチディスク５は、エラストマ材、例えば、熱可塑性プラスチック又は金属から構成することができる。温度と回転速度とに対する応答性の度合いは、前記材料の選択によって設定することが可能である。熱可塑性プラスチック又は金属から成るクラッチディスク５は、純粋に熱作用用として適切である。金属から成るクラッチディスクは、耐磨耗性と耐高応力性とを有する。焼結ブロンド等の焼結金属を使用することができる。
【００１９】
また、クラッチディスク５を、少なくとも部分的に、アクリロニトリルブタジエン天然ゴム、アクリラート天然ゴム、エチレンプロピレン天然ゴム、シリコーン天然ゴム、及びフッ化天然ゴム（fluorocaoutchouc）から成るグループから選択されるエラストマから形成することもできる。このクラッチディスク５は、熱応答性に加えて、速度依存性を有する。これらのクラッチディスク５の材料は、６０〜７０のショア硬度が有利であることが判っている。
【００２０】
エラストマ材から成るクラッチディスク５は、熱依存性クラッチ作用と速度依存性クラッチ作用との両方が望まれる場合に好適である。クラッチディスク５の熱膨張と遠心力による膨張との両方を介して摩擦接続状態が起こる。より高い応力のために、前記第１クラッチ面６に、更に、例えば、耐磨耗性物質の噴霧又は加硫化によって、耐磨耗性を備えさせてもよい。
【００２１】
クラッチディスク５の速度応答性のためには、このクラッチディスク５を、その周部回りでその第１クラッチ面６に沿って分割化し、第１クラッチ面６とハブに近い内側領域１２との間に、第１クラッチ面６からクラッチディスク５の内側領域１２へと、径方向又は螺旋状に延出する複数のバケット状刻み目１０を備えて構成することが特に有利である。この分割化によって形成されるセグメントは、図２中に参照番号１１によって示されている。参照番号１３は、クラッチディスク５の各回転方向を示している。前記分割化によって、クラッチディスク５は、回転速度の作用によって、径方向に邪魔されることなく膨張することが可能となる。更に、クラッチディスク５の第１面１８の領域に、第２クラッチ面６ａを設けることができ、この第２クラッチ面６ａは、受動部材７の面によって形成される第２カウンタ面８ａと協働する。クラッチディスク５の第２面１９に、支持ディスク１７を配設することによって損傷（denting）が防止され、支持が可能とされる。
【００２２】
図３に図示されているように、前記第１クラッチ面６および／又は第２クラッチ面６ａおよび／又は各カウンタ面８， ８ａには、ドレン溝１４が設けられ、これらドレン溝１４は、特にウォータポンプ用に使用された時に所謂ハイドロプレーン作用を防止するとともに、循環水中に含まれている可能性のある粒子を受入排出することにも寄与する。
【００２３】
所定の最低速度と最低温度以下では、前記受動部材７は、駆動軸２上に回転可能（遊転）状態に保持されているため、駆動軸２から分離されている。この低温及び低速状態において、クラッチディスク５は、このクラッチディスク５のクラッチ面６，６ａと、受動部材７の各カウンタ面８，８ａとの間に正確なギャップ１５，１５ａを保持した状態で作動しなければならない。もしも、温度および／又は速度が前記最低値を超えて上昇すると、クラッチ３のクラッチ係合が起こる。
【００２４】
温度上昇によって、クラッチディスク５が膨張し、これによってクラッチ係合が起こる。例えばエラストマ材によって形成されるクラッチディスク５の材料が軟化することによって、クラッチディスク５の遠心力による僅かな膨張が確実になり、受動部材７との早期係合が確実になる。クラッチ３を最適構成した場合、高回転速度におけるスリップの制御が実現可能となる。
【００２５】
上記クラッチ３を、内燃エンジンのウォータポンプに使用することは、エンジンの運転温度が非常に迅速に達成され、それによって燃料消費が減少するという利点を有する。インペラはウォームアップ段階で静止状態に留まるか、或いは、前記ギャップ１５，１５ａにおける流体力学的作用によってゆっくりと係合されるので、内燃エンジンの冷却剤システムの循環冷媒を、より迅速に加熱することができる。これによって、内燃エンジンの運転温度がより早期に達成され、初期の段階でフル熱出力が得られることが確実になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るクラッチの長手方向断面図
【図２】本発明に係るクラッチの前面図
【図３】クラッチディスクの側面図
【符号の説明】
【００２７】
１    装置
２    駆動軸
３    クラッチ
４    クラッチ部材
５    クラッチディスク
６    第１クラッチ面
６ａ  第２クラッチ面
８    第１カウンタ面
８ａ  第２カウンタ面
１４  ドレン溝
【図１】
2004360909.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004360909.tif 000005