(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のラジエータのファン用流体摩擦クラッチであって、駆動軸と、駆動軸の駆動側部の前端に回転しないように固定状態に取り付けられた第一のクラッチ要素と、駆動軸の被駆動側部に回転可能に取り付けられた第二のクラッチ要素と、第一及び第二のクラッチ要素を流体摩擦接続するための粘性流体の供給を制御する弁要素と、中空の駆動軸内で同軸状に設けられたピストンロッド、ピストンロッドの後端に設けられたアンカー及びアンカーを同軸状に取り巻くアーマチャを備え、前記ピストンロッドの前端が駆動軸から突き出し且つ戻しばねの力に抗して弁要素を軸方向に作動させる、弁要素用のソレノイド制御装置と、を備える流体摩擦クラッチにおいて、アンカー（２８）が、駆動軸（１２）内を同軸状に案内されることと、駆動軸（１２）が、少なくともアンカー（２８）を案内する部分に非磁気の分離空隙（３８）を有する軟質磁性材料で出来ていることと、アーマチャコイル（３４）が駆動軸（１２）を同軸状に取り巻く軟質磁性材料から成る磁石本体（３２）内に配置されていることと、駆動軸（１２）が磁石本体（３２）内で回転可能であり、
前記分離空隙（３８）内でそのストローク動作中に前記アンカー（２８）の後端面が動く領域内において、前記駆動軸（１２）には後方に向けて直径が増大する肩部（４４）が設けられることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【請求項２】
請求項１による流体摩擦クラッチにおいて、駆動軸（１２）が、ころベアリング（３６）を介して磁石本体（３２）内に取り付けられることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【請求項３】
請求項１又は２の何れか１つの項による流体摩擦クラッチにおいて、アンカー（２８）が、駆動軸（１２）の軸方向内側穴のボアの拡がり部分内を案内されることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つの項による流体摩擦クラッチにおいて、ソレノイド制御装置が比例式ソレノイド又はオン・オフスイッチ磁石であることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つの項による流体摩擦クラッチにおいて、分離空隙（３８）が、駆動軸（１２）を遮断し且つ該駆動軸内に置かれた非磁化材料から成るリングにより形成されることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つの項による流体摩擦クラッチにおいて、アンカー（２８）のストローク位置が、アーマチャコイル（３４）に供給される電流の量により制御されることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１つの項による流体摩擦クラッチにおいて、アーマチャコイル（３４）が、パルス式に段階時間毎に励起され、アンカー（２８）のストローク位置が励起のパルス周期により決定されることを特徴とする、流体摩擦クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、請求項１の序文に記載された内燃機関のラジエータのファン用流体摩擦クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この型式の流体クラッチは、米国特許第４，３０５，４９１号から既知である。粘性クラッチと称されることが多い流体摩擦クラッチは、内燃機関のラジエータ用のファンを駆動する機能を果たす。このクラッチは、温度センサによって制御される。このため、ピストンロッドを介して弁要素を作動させるソレノイドすなわち持ち上げ磁石が採用され、該弁は、作用空間内にて粘性流体の供給を制御し、この作用空間内にて、この流体はクラッチ機構の駆動側と被駆動側とを摩擦係合させる。
【０００３】
駆動軸内に同軸状に配置されたピストンロッドにより弁要素を作動させることは、ソレノイド、従って制御接続部をクラッチ及びクラッチ被駆動ファンの後側に配置することを可能にする。これにより、ファン及びクラッチを、スペースを節約し且つ組み立てが容易な構造とすることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既知の流体摩擦クラッチにおいて、ソレノイド機構の全体及び該ソレノイド機構により作動されるピストンロッドは回転する駆動軸内に一体化される。このように、摩擦磨耗し易い摩擦接点を介して、駆動軸と共に回転するアクチュエータコイル内に作動電流を導入することが必要となる。
【０００５】
このように、本発明は、磨耗し易い摩擦接点を不要にすることができるように、上述した型式の流体摩擦クラッチを改良するという課題に基づくものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に従って、請求項１による特徴を有する流体摩擦クラッチにより解決される。
【０００７】
本発明の有益な実施の形態及び更なる展開例が従属請求項に記載されている。本発明によれば、ピストンロッドを作動させるためのアンカーは、中空の駆動軸内にて同軸状に直接案内される。これに反して、アーマチャコイルは、駆動軸内で一体化されず、駆動軸を同軸状に取り巻き且つその内部にて駆動軸が回転可能である特殊な磁石本体内に着座している。このようにして、磁石本体は、アーマチャコイルと固定状態に組み立て、アーマチャコイル内に電流を導入するため摩擦接点が一切不要であるようにすることができる。少なくとも一部分、アンカーを案内し且つ取り巻く駆動軸は、軟質磁性材料で出来ており、非磁気材料から成る分離空隙は磁石の流れが駆動軸内で短絡されず、アンカーを通じて案内されることを実現する。同様に、磁石本体は、軟質磁性材料で出来ており、このため、アーマチャコイルの磁気流れは、磁石本体、アンカーを取り巻く駆動軸の領域及びアンカーを通って案内される。アーマチャコイルが固定された構造は、製造及び組み立てを簡略化し且つ欠点の可能性を少なくする。
【０００８】
ソレノイド制御装置は、アンカーが２つの端部位置の間を移動するように設計することができる。このようないわゆるオン・オフ制御において、クラッチ、従ってこれと共にファンは、サイクル式に段階時間毎に作動される。サイクルの周期が装置の能力（慣性質量モーメント及び流体の粘度）によって決まる限界又は制限周期を上廻るならば、アンカー及び弁要素は、スイッチサイクル時間内にて完全なストロークサイクルを行うことができず、アンカー及び弁要素は、ストローク経路内の中間位置に配置され又はその中間位置に設定される。このように、ストローク経路に沿ったアンカーの位置、及びこれと共に、弁要素の開き角度は、クラッチの連続的な係合が実現されるようにサイクルの周期を介して制御することができる。
【０００９】
別の実施の形態において、ソレノイドは、比例ソレノイドとして制御される。これにより、一方にて、励起電流により決定される磁力であり及び他方にて、戻りばね力であるという、アンカーに作用する力を均衡させることにより、ハブの全ストローク長さ内でアンカーのハブの位置を連続的に調節することができる。励起電流の強度を制御し且つ駆動軸の鉄磁気領域内へ入るアンカーの程度を増すことにより、この実施の形態にてクラッチの連続的な係合を制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に図示した実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。流体摩擦クラッチは、モータの被駆動軸（図示せず（例えば、クランク軸、水ポンプの軸））を介して内燃機関のラジエータ用のファン（図面に詳細には図示せず）を駆動する作用を果たす。
【００１１】
クラッチ軸すなわち駆動軸１２は、フランジ１０によってこの被駆動軸の前端上に回転しないよう固定されている。駆動軸１２は、中空の軸として形成され且つ軟質磁性材料で出来ている。フランジ１０と反対側の側部である、駆動軸１２の前端には、流体摩擦クラッチが設けられており、図示しないファンは、この流体摩擦クラッチを介して駆動軸１２を介して駆動可能である。
【００１２】
流体摩擦クラッチは、基本的に、ディスクの形状をしており、また、駆動軸１２の前端に回転しないように固着状態に座した駆動側の第一のクラッチ手段１４から成っている。被駆動側の第二のクラッチ手段は、クラッチハウジング１６により形成されており、このクラッチハウジング１６は、ベアリング１８を介して第一のクラッチ手段１４の後方にて駆動軸１２に回転可能に取り付けられている。クラッチハウジング１６は、その周縁に、ファンのブレード（図示せず）を保持している。クラッチハウジング１６には、クラッチハウジングカバー２０が密封可能に固着されている。クラッチハウジングカバー２０は、前側部にてクラッチハウジング１６を閉じ且つ該クラッチハウジングと共に、粘性流体用の受け入れスペースを形成する。この受け入れスペースは、第一のクラッチ手段１４によって第一のクラッチ手段１４とクラッチハウジングカバー２０との間の供給スペースと、第一のクラッチ手段１４とクラッチハウジング１６との間の作用スペースとに分割されている。
【００１３】
第一のクラッチ手段１４及びクラッチハウジング１６は、半径方向面内を伸びるディスク形状のせん断面を介して互いに対向しているすなわち互いに向き合っている。作用スペース内に配置された粘性流体は、せん断面の間に入り、これにより、駆動軸１２により駆動される第一のクラッチ手段１４は、摩擦係合状態の下、継手ハウジング１６を共に移動させ、このため、流体摩擦クラッチが係合して、ファンが駆動される。弁要素２２が供給スペース内に設けられており、この弁要素は弁の開口部と共に作用し、粘性流体が供給スペースから作用スペース内に流れるのを許容する流体摩擦クラッチを制御する働きをする。弁要素２２が第一のクラッチ手段１４から軸方向に持ち上げられると、すなわち、図面の左方向に移動されると、該弁要素は弁開口部を露出させ、流体が作用スペース内に入り、その結果、第一のクラッチ手段１４とクラッチハウジング１６とが摩擦係合する。弁要素２２が第一のクラッチ手段１４に対し移動されると、すなわち、図面の右方向に移動されると、該弁要素がこの弁開口部を閉じる程度が益々増して、このため作用スペースに入る流体は益々少なくなり、最終的に、最早、作用スペースに入ることのできる流体はなくなる。第一のクラッチ手段１４からクラッチハウジング１６及びファンへのトルクの伝達は、益々減少し、最終的に完全に遮断される。
【００１４】
流体摩擦クラッチ及び弁要素の設計は本発明の一部ではなく、従って、これらは任意の所望の仕方にて設計することができる。このため、その詳細な説明は本明細書にて不要である。
【００１５】
弁要素２２が作動するために、以下に説明する持ち上げ磁石すなわちソレノイド制御装置が採用される。
中空軸として設計された駆動軸１２において、軸方向に変位可能なピストンロッド２４が案内される。駆動軸１２の前端から突き出すピストンロッド２４の前端には弁要素２２が固着されている。ヘリカル圧縮ばねとして設計された戻しばね２６は、駆動軸１２の前端内に受け入れられ且つピストンロッド２４を取り巻いている。戻しばね２６は、その前端が弁要素２２に対し位置し且つその後端が駆動軸１２の内側肩部により支持されていて、このため、戻しばね２６は、弁の開き位置にて、すなわち、図面の左方向に向けて弁要素２２を予め弾圧する。
【００１６】
ピストンロッド２４の後端には、軟質磁性材料で出来た円筒状アンカー２８が固定されている。アンカー２８は、駆動軸１２の軸方向内側ボアから更なる幅広部分又は穿孔部分内で軸方向に案内される。アンカー２８は、前方ストローク端部位置と図面に図示した後方ストローク端部位置との間にて軸方向に可動である。前方ストローク端部位置にあるとき、アンカー２８は、駆動軸１２の内側肩部に軸方向に当接する。このストローク端部位置にあるとき、弁要素２２は、弁開口部から持ち上げられ、このため、粘性流体はクラッチを係合させるべく作用スペースに入ることができる。後方ストローク端部位置にあるとき、ピストンロッド２４は、軟質磁性材料から成る当接部３０に対しアンカー２８が当接し、このことは、後端におけるアンカー２８を案内する駆動軸１２の幅広の内側ボアを閉じることになる。アンカー２８が後端位置にあるとき、弁要素２２は、弁開口部を閉じ、このため、供給スペースから作用スペースへの流体の供給が遮断され、クラッチは非係合状態となる。
【００１７】
アンカーストローク経路の領域内にて駆動軸１２の外周縁には、軟質磁性材料で出来た磁石本体３２が座している。この磁石本体３２は、駆動軸１２を同軸状に取り巻き且つアーマチャコイル３４を取り囲んでおり、該アーマチャコイルは、磁石本体３２の内周面に受け入れられている。磁石本体３２は、アーマチャコイル３４の両側部でころベアリング３６を介して駆動軸１２に回転可能に軸方向に取り付けられている。
【００１８】
アンカー２８の受け入れスペースを取り巻く軸方向領域内にて、駆動軸１２は、非磁化材料で出来た分離空隙３８によって中断されている。分離空隙３８は、例えば、溶接、はんだ付け又は接着によって駆動軸１２のジャケット内に座したリングにより形成される。図面から理解し得るように、そのストローク動作中、アンカー２８の自由な背面が駆動軸１２の軟質の磁性ジャケットの円錐状に後方に幅広の縁部４４内を軸方向に動くように、分離空隙３８が軸方向に寸法決めされ且つ配置されている。アンカー２８が肩部４４の拡がる材料の厚さ部分と軸方向に重なり合う程度が増すことは、アーマチャコイル３４の流れ又は励起とアンカー２８のストローク力とを比例させることになる。アーマチャコイル３４は、基本的に分離空隙３８の長さに亙って軸方向に伸び、これにより、アクチュエータコイル３４のジャケット内面は、駆動軸１２及び分離空隙３８に対する半径方向遊びを十分に提供して自由回転を可能にする。磁石本体３２は、アクチュエータコイル３４の両側部にて分離空隙３８を超えて軸方向に伸び且つ軸方向に向けて駆動軸１２の軟質磁性材料と重なり合う。
【００１９】
ソレノイドを比例制御することが不要であるならば（例えば、オン・オフ駆動のとき）、この場合、肩部４４は、異なる形状にて設計することもでき、又はアンカーストローク経路が駆動軸１２の軟質磁性材料と重なり合うことを完全に省くことができる。
【００２０】
駆動軸１２は、フランジ１０を介して被駆動軸と接続され、これにより、回転可能に駆動される。アーマチャコイル３４を有する磁石本体３２は位置固定状態に取り付けられ、このため、位置が固定された接続部４０及びプラグコネクタ４２を介して励起電流をアーマチャコイル３４に供給することができる。ソレノイド制御装置及びその接続回路が流体摩擦クラッチ及びファンの後側に設けられ、また位置固定状態に取り付けることができる。これにより、一方にて、スペースを節約し、他方にて構造的に簡単な組立体とすることができる。
【００２１】
作動時、駆動軸１２は被駆動軸を介して駆動される。電子的制御装置が冷却条件（例えば、冷却水の温度）に依存してアクチュエータコイル３４の励起を制御する。増大した冷却効果が必要であるならば、アーマチャコイル３４への電気の供給が遮断される。磁力はアンカー２８に作用しない。戻しばね２６が弁要素２２を弁開口部から持ち上げ、このため、流体は作用スペース内に流れ且つ継手に係合する。ファンが駆動される。
【００２２】
冷却力を減少させるべきならば、その場合、アーマチャコイル３４を励起させる。アーマチャコイル３４により発生された磁気流れは、図面に点線を使用して示すように、軟質磁性磁石本体３２、軟質磁性駆動軸１２及び軟質磁性アンカー２８並びに軟質磁性当接部３０を通じて向けられる。これにより、アンカーが後方に向けて、すなわち図面の右方向に向けて動くとき、アンカー２８に作用する磁力は増大し、アンカー２８の後面と、分離空隙３８の後部壁における磁気肩部４４との間の磁気が流れるための断面積はより大きくなる。アンカーを後方に向けて動かす、アンカー２８に作用する磁力は、戻しばね２６の復帰ばね力に抗して作用する。比例式ソレノイドとして作動する間、アンカー２８のストローク位置及びこれと共に、弁要素２２の開き程度は、これら２つの力が均衡することにより決まる。アーマチャコイル３４に供給される電流の強度が増大するならば、その場合、アンカー２８に作用する磁力は増大し、戻しばね２６の増大する復帰力が磁力と釣り合う迄、アンカー２８は後方に動き且つ弁要素２２を益々、閉じ位置に向けて動かす。アンカー２８の後端位置において、弁要素２２は、弁開口部を完全に閉じ、このため、最早、流体はクラッチの作用スペースに入らない。これに伴い、ファンはもはや駆動されない。
【００２３】
オン・オフ作動時、アクチュエータコイル３４はサイクル式に励起され、このため、アクチュエータ２８はその最後方の端部位置に向けて移動し、又は場合に応じて、電流の供給が遮断され、戻しばね２６のみがアンカー２８に作用するようにする。その慣性力及び弁要素２２に作用する流体の粘度に基づいて、アンカー２８が励起と遮断とを交互に繰り返すことに完全に従うことができないような速い周期にてこの交互の作動が行われるならば、アンカー２８及びこれと共に、弁要素２２はそれ自体を中間位置に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体摩擦クラッチの作動手段に沿った軸方向断面図である。
【符号の説明】
１０  フランジ                  １２  駆動軸
１４  第一のクラッチ手段        １６  クラッチハウジング
１８  ベアリング                ２０  クラッチハウジングカバー
２２  弁要素                    ２４  ピストンロッド
２６  戻りばね                  ２８  アンカー
３０  当接部                    ３２  磁石本体
３４  アーマチャコイル／アクチュエータコイル
３６  ころベアリング            ３８  分離空隙
４０  接続部                    ４２  プラグコネクタ
４４  肩部
【図１】
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