JP2017227313A - 外部制御式流体継手 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石やその電源系統に異常が生じた場合であっても、ハウジングや、これと一体の駆動対象に回転トルクを伝達できる外部制御式流体継手を提供する。【解決手段】回転軸１０に固定された駆動ディスク４０と、内部空間３４を形成するハウジング３０と、駆動ディスク４０を収容する作動室３４ｂ及び流体を貯蔵する貯蔵室３４ａに内部空間３４を区画する仕切り板６０と、仕切り板６０に形成され、貯蔵室３４ａから作動室３４ｂに流体を供給する供給孔６２と、供給孔６２を開閉可能な磁性体からなる弁本体７３と、弁本体７３が供給孔６２を閉塞する閉塞状態に変位するように弁本体７３との間に吸引力を発生する電磁石２１とを備え、弁本体７３は、ハウジング３０に回動可能に連結されており、ハウジング３０の回転に伴い作用する遠心力により供給孔６２を開く側に回動するようにその重心が設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、外部制御式流体継手に関するものである。

従来、外部制御式流体継手としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この外部制御式流体継手は、駆動ディスクを固着した回転軸と、該回転軸に支承されたハウジング（密封器匣）と、該ハウジングの内部を油溜り室及び駆動ディスクを内装するトルク伝達室に区画する仕切り板とを備える。なお、仕切板には、油溜り室及びトルク伝達室を連通する油供給調整孔が形成される。また、外部制御式流体継手は、油供給調整孔を閉じる付勢力を自ら発生して該油供給調整孔を開閉可能な板ばね状の弁部材と、該弁部材の付勢力に抗して油供給調整孔を開ける吸引力を発生する電磁石とを備える。駆動ディスクは、油供給調整孔を通じてトルク伝達室内に油が供給されることにより回転トルクをハウジングや、これと一体の駆動対象に伝達する。

特開２０１１−２３１８９６号公報

しかしながら、このような外部制御式流体継手では、電磁石がオン（励磁）されることで前述の吸引力を発生するようになっているため、電磁石やその電源系統に異常が生じると、油供給調整孔を開くことができなくなる。つまり、油供給調整孔を通じた油の供給ができなくなることで、ハウジングや、これと一体の駆動対象に回転トルクの伝達ができなくなる。

本発明の目的は、電磁石やその電源系統に異常が生じた場合であっても、ハウジングや、これと一体の駆動対象に回転トルクを伝達できる外部制御式流体継手を提供することにある。

上記課題を解決する外部制御式流体継手は、回転軸に固定された駆動ディスクと、前記回転軸に回転可能に支持され、内部空間を形成するハウジングと、該ハウジングに設けられ、前記駆動ディスクを収容する作動室及び流体を貯蔵する貯蔵室に前記内部空間を区画する仕切り板と、該仕切り板に形成され、前記貯蔵室から前記作動室に流体を供給する供給孔と、前記ハウジングに設けられ、前記供給孔を開閉可能な磁性体からなる弁本体と、前記弁本体が前記供給孔を閉塞する閉塞状態に変位するように前記弁本体との間に吸引力を発生する電磁石とを備え、前記弁本体は、前記ハウジングに回動可能に連結されており、前記ハウジングの回転に伴い作用する遠心力により前記供給孔を開く側に回動するようにその重心が設定された。

この構成によれば、前記弁本体は、前記電磁石が非通電状態にあるときに前記ハウジングの回転に伴い作用する遠心力により、前記供給孔を開く側に回動する。これに伴い、前記貯蔵室から前記作動室に流体が供給されることで前記駆動ディスクの回転トルクが前記ハウジングやこれと一体の駆動対象に伝達される。従って、例えば前記電磁石やその電源系統に異常が生じた場合であっても、前記駆動ディスクの回転トルクを前記ハウジングやこれと一体の駆動対象に伝達することができる。

上記外部制制御式流体継手について、前記重心は、前記回転軸の軸芯を中心とする径方向において前記弁本体の軸よりも外側に位置し、且つ、前記弁本体が前記閉塞状態にあるときに前記弁本体の軸を通る前記径方向に延びる直線から所定距離だけ離間するとともに、前記供給孔を開く側の回動に伴って、前記直線から離間する距離を縮小するように設定されることが好ましい。

この構成によれば、前記重心は、前記弁本体が前記閉塞状態にあるときに、前記直線から離間する距離が最大（前記所定距離）となる。つまり、前記弁本体に要する収容スペースは、前記所定距離までの前記重心の移動を許容する回動範囲に基づき確保すればよいため、その収容スペースの大型化を抑制できる。

上記外部制制御式流体継手について、前記電磁石は、前記回転軸を挿通するように設けられ、前記弁本体は、前記閉塞状態にあるときに前記供給孔を閉塞する供給孔側弁本体部及び前記電磁石に吸引される電磁石側弁本体部を有し、前記回転軸の軸芯を中心に径方向外側に向かって前記電磁石側弁本体部、前記弁本体の軸芯、前記供給孔側弁本体部の順に配置されるように形成されることが好ましい。

この構成によれば、前記電磁石側弁本体部は、前記弁本体の軸芯よりもその径方向内側に配置される。つまり、前記電磁石は、前記弁本体の相対的に内周側に位置する前記電磁石側弁本体部を吸引することになる。これにより、前記電磁石の径方向における寸法を縮小でき、ひいてはその大型化を抑制できる。

本発明によれば、電磁石やその電源系統に異常が生じた場合であっても、ハウジングや、これと一体の駆動対象に回転トルクを伝達できる。

外部制御式流体継手の一実施形態についてその構造を示す断面図。 同実施形態の外部制御式流体継手についてその弁部を示す斜視図。 （ａ）、（ｂ）は同実施形態の外部制御式流体継手についてその開閉動作を示す拡大図。

以下、外部制御式流体継手の一実施形態について説明する。
図１に示すように、外部制御式流体継手１は、駆動側回転体としての回転軸１０と、駆動部２０と、従動側回転体としてのハウジング３０と、駆動ディスク４０とを備える。

回転軸１０は、その片側（図示右側）の先端から外向きに突出するフランジ部１１を有しており、該フランジ部１１にエンジン（図示略）からの駆動トルクが入力されることで回転軸芯Ｏ１を中心に回転する。また、回転軸１０は、回転軸芯Ｏ１に沿ってフランジ部１１側から離間するに従い段階的に縮径する略円柱状の大径部１２、中径部１３、小径部１４を有する。なお、大径部１２、中径部１３、小径部１４は回転軸芯Ｏ１と同心である。

駆動部２０は、回転軸芯Ｏ１を中心とする略リング状の電磁石２１と、この電磁石２１を収容するリング溝２２ａを形成する磁性体からなるケース２２とを有する。電磁石２１は、例えば外部のコントローラ（図示略）からの制御信号により通電されることで磁気発生源となる。ケース２２は、その内周面２２ｂに嵌着された円環状の第１軸受部２３（ベアリング）を介して大径部１２に回転可能に支持され、且つ、エンジンブロック（図示略）に固定される。換言すれば、ケース２２は、エンジンブロックに固定された状態で大径部１２（回転軸１０）の回転を許容する。

ハウジング３０は、回転軸芯Ｏ１の方向に２分された第１ハウジング３１及び第２ハウジング３２を有する。フランジ部１１側（図示右側）に位置する第１ハウジング３１は、回転軸芯Ｏ１を中心とする有底略円筒形状を呈しており、そのフランジ部１１側に位置する底部３１ａの内周部に回転軸芯Ｏ１を中心とする略円筒状のボス部３１ｂを突設する。第１ハウジング３１は、ボス部３１ｂの内周面３１ｃに嵌着された円環状の第２軸受部３３（ベアリング）を介して中径部１３に回転可能に支持される。

一方、フランジ部１１から離間する側（図示左側）に位置する第２ハウジング３２は、回転軸芯Ｏ１を中心とする有蓋略円筒形状を呈しており、その外周３２ａにおいて駆動対象としてのエンジン冷却用のファン（図示略）が取着される。

なお、第１ハウジング３１及び第２ハウジング３２は、それらの内径が互いに同等に設定されており、第１ハウジング３１の外周部に形成された略円環状の外向きのフランジ部３１ｄ及び第２ハウジング３２の開口端３２ｂが互いに密着して液密的に結合することで内部空間３４を形成する。この内部空間３４には、例えばシリコンオイルなどの粘性をもった流体（図示略）が貯蔵される。第１ハウジング３１及び第２ハウジング３２（ファン）が一体で中径部１３の周りを回転することはいうまでもない。

ここで、第１ハウジング３１の底部３１ａには、回転軸芯Ｏ１を中心とする略円環状の周溝３１ｅがフランジ部１１から離間する側（図示左側）に向かって凹むように形成されている。この周溝３１ｅは、回転軸芯Ｏ１の方向でケース２２（駆動部２０）に対向する。また、第１ハウジング３１の底部３１ａには、周溝３１ｅの所定角度位置（図示下側の角度位置）に合わせて回転軸芯Ｏ１と略平行に貫通する透孔３１ｆが形成されている。

そして、第１ハウジング３１（底部３１ａ）の周溝３１ｅには、該周溝３１ｅに合わせて成形された磁性体からなるヨーク５０が取着される。すなわち、ヨーク５０は、周溝３１ｅの外周側の内径と同等の外径を有してこれに固着される略円環状の外側ヨーク５１と、周溝３１ｅの内周側の内径と同等の内径を有してこれに固着される略円環状の内側ヨーク５２とを有する。なお、外側ヨーク５１の内径は、内側ヨーク５２の外径よりも大きく設定されており、外側ヨーク５１及び内側ヨーク５２の間には径方向の隙間５３が設定されている。この隙間５３には、適宜の非磁性体からなる封止手段が設けられており、外側ヨーク５１及び内側ヨーク５２と協働して第１ハウジング３１（底部３１ａ）の透孔３１ｆを閉塞する。

外側ヨーク５１及び内側ヨーク５２は、回転軸芯Ｏ１の方向でケース２２（駆動部２０）に対向しており、ケース２２の外周面及び内周面に沿って起立する略円筒状の外側側壁５１ａ及び内側側壁５２ａをそれぞれ有する。そして、外側ヨーク５１及び内側ヨーク５２（ヨーク５０）は、外側側壁５１ａ及び内側側壁５２ａの間にケース２２を挟んだ状態でその開口２２ｃを閉塞する。

第１ハウジング３１の開口端部には、第２ハウジング３２との間に形成される内部空間３４を回転軸芯Ｏ１の方向に２分割するように略ドーナツ板状の仕切り板６０が設けられる。これにより、内部空間３４は、仕切り板６０を挟んでヨーク５０側及び第２ハウジング３２側にそれぞれ貯蔵室３４ａ及び作動室３４ｂを形成する。なお、第１ハウジング３１には、貯蔵室３４ａ及び作動室３４ｂを連通する回収通路（図示略）が形成される。

仕切り板６０には、作動室３４ｂ側の外周部に断面略櫛歯状の第１ラビリンス部６１が形成されるとともに、前記所定角度位置（図示下側の角度位置）で回転軸芯Ｏ１方向と略平行に貫通する供給孔６２が形成されている。供給孔６２は、貯蔵室３４ａ及び作動室３４ｂを連通する。

回転軸１０の小径部１４には、作動室３４ｂ側に配置された略ドーナツ板状の駆動ディスク４０が一体回転するように連結されている。すなわち、この駆動ディスク４０は、その内周部４１が回転軸１０の小径部１４と嵌合することで、回転軸１０と一体的に回転する。

駆動ディスク４０には、回転軸芯Ｏ１の方向で第１ラビリンス部６１に対向する外周部に第２ラビリンス部４２が形成されている。この第２ラビリンス部４２は、第１ラビリンス部６１と互い違いに突出するように断面略櫛歯形状を呈する。第１ラビリンス部６１及び第２ラビリンス部４２は、協働してトルク伝達部を構成する。

第１ハウジング３１には、作動室３４ｂ内の前記所定角度位置（図示下側の角度位置）で弁部７０が設けられている。
すなわち、図２に併せ示すように、弁部７０は、回転軸芯Ｏ１を中心とする周方向の一接線方向に間隔をあけて該回転軸芯Ｏ１と略平行に第１ハウジング３１の底部３１ａから互いに平行に起立する一対のブロック状の支持部７１を有する。また、弁部７０は、当該接線方向に延びる軸芯（以下、「回動軸芯Ｏ２」という）とする略円柱状の軸部７２と、磁性体からなる略Ｓ字状の弁本体７３とを有する。両支持部７１は、軸部７２の両端を回動不能に支持する。軸部７２は、弁本体７３の中央部を貫通して該弁本体７３を回動可能に支持する。従って、弁本体７３は、回動軸芯Ｏ２を中心に回動する。

弁本体７３は、回転軸芯Ｏ１を中心とする径方向において、軸部７２よりも内側及び外側に電磁石側弁本体部７４及び供給孔側弁本体部７５をそれぞれ有する。供給孔側弁本体部７５は、その板厚が電磁石側弁本体部７４の板厚よりも大きく設定されて該電磁石側弁本体部７４よりも大きい質量を有する。つまり、弁本体７３の重心Ｇは、供給孔側弁本体部７５側に、即ち回転軸芯Ｏ１を中心とする径方向において、軸部７２の回動軸芯Ｏ２よりも外側に位置する。また、電磁石側弁本体部７４及び供給孔側弁本体部７５には、回動軸芯Ｏ２を中心とする回動軌跡上でヨーク５０（隙間５３）及び仕切り板６０（供給孔６２）が対向する対向平面部７４ａ，７５ａがそれぞれ形成される。

ここで、図３（ａ）に示すように、弁本体７３は、回動軸芯Ｏ２及び重心Ｇが回転軸芯Ｏ１を中心とする径方向（図示上下方向）に一直線（直線ＬＮ上）に並ぶ状態にあるとき、対向平面部７４ａ，７５ａがそれぞれヨーク５０及び仕切り板６０から離間するようになっている。一方、弁本体７３は、対向平面部７５ａが仕切り板６０（供給孔６２の周縁部）に当接する状態にあるとき、対向平面部７４ａがヨーク５０に当接又は近接するようになっている。

次に、本実施形態の外部制御式流体継手の作用について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、外部制御式流体継手１では、例えばエンジン（図示略）からの駆動トルクが入力されることで回転軸１０とともに駆動ディスク４０が回転軸芯Ｏ１を中心に回転する。このとき、供給孔６２が開放されていれば、駆動ディスク４０は、貯蔵室３４ａ内の流体が作動室３４ｂ（トルク伝達部）に供給孔６２を介し流れ込むことで、流体の粘性を利用し回転トルクを仕切り板６０に伝達する。そして、仕切り板６０と一体の第１ハウジング３１（及び第２ハウジング３２）が回転するとともに、ファンが回転する。この外部制御式流体継手１は、弁部７０により供給孔６２の開閉状態を切り換えることで、ファンの回転を制御する。なお、ハウジング３０には、その内部空間３４の作動室３４ｂに流体がない状態であっても駆動ディスク４０の回転トルクが僅かに伝達される。このため、駆動ディスク４０が回転しているときは、これに合わせてハウジング３０も回転するようになっている。

弁本体７３は、仕切り板６０の供給孔６２を開放する開放状態及び閉塞する閉塞状態の間を切り変える。そして、弁部７０は、貯蔵室３４ａ内の流体を作動室３４ｂに供給し、あるいは、その供給を遮断する。

弁本体７３は、ハウジング３０（第２ハウジング３２）に設けられるため、回転軸芯Ｏ１を中心に発生する遠心力Ｆが作用し仕切り板６０から離間することで開放状態となる。詳述すると、その重心Ｇは、直線ＬＮ上に位置するように変位する。これにより、弁本体７３の供給孔側弁本体部７５は、仕切り板６０から離間する。

また、弁本体７３は、外部のコントローラからの制御信号により電磁石２１が通電されることで発生する吸引力（磁力）が作用し供給孔６２の周縁部を覆うことで閉塞状態となる。詳述すると、磁性体の弁本体７３の電磁石側弁本体部７４が電磁石２１側に引き寄せられることで、供給孔側弁本体部７５が仕切り板６０（供給孔６２の周縁部）に近付く。そして、弁本体７３は、対向平面部７５ａが仕切り板６０（供給孔６２の周縁部）に当接するとともに、対向平面部７４ａがヨーク５０に当接又は近接する閉塞状態となる。つまり、電磁石２１は、遠心力Ｆに抗して弁本体７３を閉塞状態にする十分な吸引力を発生する。

以上、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、弁本体７３は、電磁石２１が非通電状態にあるときにハウジング３０の回転に伴い作用する遠心力Ｆにより、供給孔６２を開く側に回動する。これに伴い、貯蔵室３４ａから作動室３４ｂに流体が供給されることで駆動ディスク４０の回転トルクがハウジング３０やこれと一体のファンに伝達される。従って、例えば電磁石２１やその電源系統に異常が生じた場合であっても、駆動ディスク４０の回転トルクをハウジング３０やこれと一体のファンに伝達することができる。

（２）図３（ａ）、（ｂ）に示すように、弁本体７３が閉塞状態にあるときに弁本体７３の軸部７２を通る径方向に延びる直線ＬＮから所定距離ΔＬだけ離間するとともに、供給孔６２を開く側の回動に伴って、直線ＬＮから離間する距離を縮小するように設定された。従って、本実施形態では、重心Ｇは、弁本体７３が閉塞状態にあるときに、直線ＬＮから離間する距離が最大（所定距離ΔＬ）となる。つまり、弁本体７３に要する収容スペースは、所定距離ΔＬまでの重心Ｇの移動を許容する回動範囲に基づき確保すればよいため、その収容スペースの大型化を抑制できる。

（３）本実施形態では、回転軸１０の回転軸芯Ｏ１を中心に径方向外側に向かって電磁石側弁本体部７４、弁本体７３の回動軸芯Ｏ２、供給孔側弁本体部７５の順に配置されるように形成する。従って、電磁石側弁本体部７４は、弁本体７３の回動軸芯Ｏ２よりもその径方向内側に配置される。つまり、電磁石２１は、弁本体７３の相対的に内周側に位置する電磁石側弁本体部７４を吸引することになる。これにより、電磁石２１の径方向における寸法を縮小でき、ひいてはその大型化を抑制できる。

（４）本実施形態では、弁本体７３は、その供給孔側弁本体部７５及び電磁石側弁本体部７４の板厚を変更して回転軸芯Ｏ１を中心とする径方向において軸部７２よりも外側に重心Ｇを配置した。従って、例えば供給孔側弁本体部７５及び電磁石側弁本体部７４の板厚を同等にする場合に比べて電磁石側弁本体部７４の長手方向の寸法を小さくすることができる。そして、弁本体７３の回動に要する占有スペースの拡大を抑制できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、弁部７０及び供給孔６２の組を２組以上設けてもよい。
・前記実施形態において、第１ラビリンス部６１を第２ハウジング３２に設けるとともに、第２ラビリンス部４２を第２ハウジング３２に対向する側に設けてもよい。すなわち、駆動ディスク４０及び第２ハウジング３２が、協働してトルク伝達部を構成してもよい。

・前記実施形態において、ヨーク５０は、ケース２２に固定してもよい。この場合、第１ハウジング３１の透孔３１ｆに代えて非貫通の穴状にすることが好ましい。
・前記実施形態において、電磁石２１に通電することで、供給孔６２を開放するようにしてもよい。すなわち、例えば、弁部は、その弁本体の電磁石側弁本体部を永久磁石によって形成する。そして、電磁石２１の非通電時において、電磁石側弁本体部及びヨーク５０が当接又は近接することで閉塞状態になり、且つ、通電時において、電磁石側弁本体部及び電磁石２１が互いに反発することで開放状態となるように構成してもよい。ハウジング３０の回転速度が低く遠心力Ｆが小さくても、その遠心力Ｆと協働して弁本体７３を開放状態にすることができ、ハウジング３０の回転速度をより迅速に高くすることができる。

・前記実施形態において、供給孔側弁本体部７５の板厚が電磁石側弁本体部７４の板厚と同等もしくはこれよりも小さく設定してもよい。すなわち、供給孔側弁本体部７５及び電磁石側弁本体部７４の幅寸法や長手方向の寸法を変更することで質量を変更してもよい。

・前記実施形態において、供給孔側弁本体部７５の対向平面部７５ａにシール性を有するシール部材を設けてもよい。
・前記実施形態において、弁本体７３を閉塞状態に保持する付勢力を有する付勢部材を設けてもよい。この場合、弁本体７３を閉塞状態にするために要する電磁石２１の吸引力を低減でき、ひいては電磁石２１の小型化を図ることができる。

１…外部制御式流体継手、１０…回転軸、２１…電磁石、３０…ハウジング、３４…内部空間、３４ｂ…作動室、３４ａ…貯蔵室、４０…駆動ディスク、６０…仕切り板、６２…供給孔、７３…弁本体、７４…電磁石側弁本体部、７５…供給孔側弁本体部、Ｆ…遠心力、Ｇ…重心、Ｏ１…回転軸芯、Ｏ２…回動軸芯、ＬＮ…直線、ΔＬ…所定距離。

Claims (3)

1. 回転軸に固定された駆動ディスクと、
   前記回転軸に回転可能に支持され、内部空間を形成するハウジングと、
   該ハウジングに設けられ、前記駆動ディスクを収容する作動室及び流体を貯蔵する貯蔵室に前記内部空間を区画する仕切り板と、
   該仕切り板に形成され、前記貯蔵室から前記作動室に流体を供給する供給孔と、
   前記ハウジングに設けられ、前記供給孔を開閉可能な磁性体からなる弁本体と、
   前記弁本体が前記供給孔を閉塞する閉塞状態に変位するように前記弁本体との間に吸引力を発生する電磁石と、を備え、
   前記弁本体は、
   前記ハウジングに回動可能に連結されており、
   前記ハウジングの回転に伴い作用する遠心力により前記供給孔を開く側に回動するようにその重心が設定された、外部制御式流体継手。
2. 請求項１に記載の外部制御式流体継手において、
   前記重心は、
   前記回転軸の軸芯を中心とする径方向において前記弁本体の軸よりも外側に位置し、且つ、前記弁本体が前記閉塞状態にあるときに前記弁本体の軸を通る前記径方向に延びる直線から所定距離だけ離間するとともに、前記供給孔を開く側の回動に伴って、前記直線から離間する距離を縮小するように設定された、外部制御式流体継手。
3. 請求項１又は２に記載の外部制御式流体継手において、
   前記電磁石は、前記回転軸を挿通するように設けられ、
   前記弁本体は、
   前記閉塞状態にあるときに前記供給孔を閉塞する供給孔側弁本体部及び前記電磁石に吸引される電磁石側弁本体部を有し、
   前記回転軸の軸芯を中心に径方向外側に向かって前記電磁石側弁本体部、前記弁本体の軸芯、前記供給孔側弁本体部の順に配置されるように形成される、外部制御式流体継手。

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