JPH09323536A - ビスカスヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】粘性流体の酸化による劣化を未然に防止してビ
スカスヒータに所期の発熱性能を持続的に発揮させるこ
と。 【解決手段】相互連結された前後ハウジング１，６内に
は発熱室７が形成されると共に、駆動軸１２が回動可能
に支承されている。駆動軸１２上には一体回転可能にロ
ータ１３が設けられている。発熱室７内には、その全容
積の約７０％を満たす量のシリコーンオイルが充填さ
れ、残りの約３０％の残余空間には非酸化性ガスとして
の窒素ガスが封入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジング内に粘
性流体を収納し、ロータの回動による当該粘性流体の剪
断作用に基づいて発生した熱を放熱室の循環流体に熱交
換するビスカスヒータに関する。特に、本発明は、ハウ
ジング内での粘性流体の収納領域における内部雰囲気の
改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車載用の補助熱源として、自動車のエン
ジンの駆動力を利用するビスカスヒータが注目されてい
る。かかるビスカスヒータはそのハウジング内に、エン
ジンからの駆動力を伝達する駆動軸と、その駆動軸に作
動連結されたロータとを備えている。ハウジング内には
発熱室が区画され、当該発熱室内にはロータが収納され
ると共に所要量の粘性流体が充填されている。粘性流体
としてはシリコーンオイルが一般に用いられる。発熱室
の内壁面とロータの外面との間隙に介在される粘性流体
をロータが剪断することにより、流体摩擦に基づく熱が
発生する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】粘性流体としてのシリ
コーンオイルを充填した後の発熱室の残余空間には、空
気がやむなく満たされている。ところが、ビスカスヒー
タの運転によって粘性流体が発熱すると、その空気中の
酸素の一部がラジカル化し、連鎖ラジカル反応を誘発し
てシリコーンオイルの高温酸化を引き起こす。高温酸化
の進行によってシリコーンオイルは劣化し、その粘度を
低下させる。粘性流体の粘度低下は、剪断による発熱量
を低下させる。粘性流体の剪断作用に基づいて熱を発生
させるビスカスヒータでは、駆動軸の回転トルクを効率
良く熱エネルギーに変換する関係上、粘性流体の高温化
が他の機器と比較しても著しいものとなる。それ故、ビ
スカスヒータは連続運転によって次第にその発熱効率を
低下する傾向を呈す。

【０００４】本発明の目的は、粘性流体の酸化による劣
化を未然に防止して所期の発熱性能を持続的に発揮する
ことができるビスカスヒータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジング内
に粘性流体を収納すると共に、ロータの回動による当該
粘性流体の剪断作用に基づいて発生した熱を放熱室の循
環流体に熱交換するビスカスヒータにあって、粘性流体
の収納領域の内部雰囲気から酸素を排除することをその
要旨とする。当該内部雰囲気から酸素を排除すれば、粘
性流体が酸化されて劣化する虞がなくなる。

【０００６】本発明で特に意図する粘性流体の収納領域
とは、粘性流体と共にロータを収納する発熱室である。
粘性流体を充填した後でも発熱室内には比較的多くの残
余空間が残されるのが通例であるため、この残余空間内
における酸素濃度の制御が重要となるためである。尚、
発熱室に連通する副オイル室等が配設される場合には同
副オイル室等も粘性流体の収納領域となる。

【０００７】真空ポンプ等の気体排除装置の技術的な限
界から、粘性流体の収納領域から酸素分子を完全に排除
することは不可能に近いが、当該収納領域における残存
酸素の分圧が０．０２気圧以下程度にまで酸素濃度を低
下させることができれば、本発明の目的たる粘性流体の
酸化防止は十分に達せられる。

【０００８】前記粘性流体の収納領域の内部雰囲気から
酸素を排除する目的で、空気の代わりに当該収納領域に
非酸化性ガスを封入することは好ましい。この目的にか
なう非酸化性ガスとしては、窒素、炭酸ガス又は希ガス
があげられる。また、希ガスとしては、ヘリウム（Ｈ
ｅ）、ネオン（Ｎｅ）又はアルゴン（Ａｒ）があげられ
る。これら非酸化性ガスを封入した後に、当該内部雰囲
気の圧力を０．１気圧以下に保つことは更に好ましい。

【０００９】尚、粘性流体の酸化による劣化を防止でき
ないまでも、そのような劣化を極力遅らせて、粘性流体
の交換サイクルを引き延ばすという観点から、次のよう
に発明を構成することも可能である。即ち、粘性流体の
収納領域に非酸化性ガスを封入するか否かにかかわら
ず、当該粘性流体の収納領域における内部雰囲気の圧力
を０．１気圧以下に設定することである。

【００１０】この場合、仮に当該内部雰囲気が空気その
ものであったとしても、酸素濃度はかなり低くなるた
め、粘性流体の酸化による劣化が遅らされる。この着想
に基づけば、内部雰囲気が真空状態に近づくほど好まし
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を車両の暖房装置に
組み込まれるビスカスヒータに具体化した実施形態を図
１を参照しつつ詳細に説明する。

【００１２】図１に示すように、前部ハウジング１、区
画プレート２及び後部ハウジング本体３が、区画プレー
ト２と後部ハウジング本体３との間にガスケット４を介
しつつ、各々積層された状態で複数本のボルト５（１本
のみ図示）により締結されている。後部ハウジング６
は、区画プレート２及び後部ハウジング本体３によって
構成される。

【００１３】前部ハウジング１の後端に設けられた凹部
は、区画プレート２の平坦な前端面と共に発熱室７を形
成している。一方、区画プレート２の後端面と後部ハウ
ジング本体３の内壁面とによって、発熱室７に隣接する
放熱室としてのウォータジャケット８が形成されてい
る。後部ハウジング本体３の後部外側には、車両内に設
けられた暖房回路（図示略）からジャケット８に循環水
を取り入れる入水ポート９と、当該ジャケット８から循
環水を暖房回路に送り出す出水ポート（図示略）とが並
設されている。

【００１４】区画プレート２の中央部後端には円柱状の
凸部２ａが突設され、また、プレート２の後端面には入
水ポートと出水ポートとの間において凸部２ａから一径
方向に延在する隔壁２ｂが突設されている。更に、プレ
ート２の後端面には、入水ポート８近傍から出水ポート
近傍にわたり凸部２ａ回りに円弧状に延在する複数条の
フィン２ｃ〜２ｆが突設されている。これらの凸部２
ａ、隔壁２ｂ及びフィン２ｃ〜２ｆの先端は後部ハウジ
ング本体の内壁面に当接され、ウォータジャケット８内
における循環流体としての循環水の循環経路を形成して
いる。

【００１５】前部ハウジング１には、発熱室７に隣接し
て軸封装置１０及び軸受装置１１が設けられ、これらの
装置１０，１１を介して駆動軸１２が回動可能に支承さ
れている。軸封装置１０は主としてオイルシールのよう
な部材からなる。駆動軸１２の後端部（右端部）には、
その軸方向に平行に延びる複数のスプライン溝１２ａが
形成されている。駆動軸１２上には、発熱室７内に収納
される平らな円板形のロータ１３が装着されている。ロ
ータ１３の中心部に穿設されたハブ孔内には、前記スプ
ライン溝１２ａに対応する複数のスプラインキー１３ａ
が形成されている。スプライン溝１２ａとスプラインキ
ー１３ａとの係合関係に基づき、ロータ１３は駆動軸１
２に対して相対回動不能かつ駆動軸の軸芯方向（スラス
ト方向）に変位可能に嵌合されている。

【００１６】駆動軸１２の後端部及びロータ１３を収納
する発熱室７には、粘性流体としてのシリコーンオイル
が充填され、発熱室７の内壁面とロータ１３の外面との
隙間には、表面張力に基づいてシリコーンオイルが満遍
なく介在される。本実施形態では、発熱室７が粘性流体
の収納領域となる。発熱室７の全容積に対して、その約
７０％を満たす量のシリコーンオイルが充填され、残り
の約３０％の残余空間には非酸化性ガスとしての窒素ガ
スが封入されている。尚、窒素ガスに代えて、炭酸ガス
又は希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）が封入さ
れてもよい。

【００１７】窒素ガスの充填は次の手順に従う。即ち、
ハウジングに設けられた注入口（図示略）から発熱室７
内にシリコーンオイルを充填した後、当該注入口を真空
ポンプに連結し、発熱室７の内圧が例えば１０ｍｍＨｇ
以下になるまで空気を排気する。その後、前記注入口を
窒素ボンベに連結し、擬真空状態の発熱室７に窒素ガス
を充填し、発熱室７の残余空間をほぼ大気圧（約１気
圧）の窒素で満たす。尚、残余空間内の窒素圧は、大気
圧以下（例えば０．１気圧以下）としてもよい。窒素ガ
スの充填終了後、前記注入口は封止され、粘性流体の収
納領域としての発熱室７は密封状態に保たれる。

【００１８】駆動軸１２の前端部（左端部）にはボルト
１４によってプーリ１５が固着されている。当該プーリ
１５はその外周部にかけられるベルト（図示略）を介し
て、外部駆動源としての車両のエンジンと駆動連結され
る。従って、プーリ１５を介してエンジンの駆動力によ
って駆動軸１２が回転され、ロータ１３が一体回転され
る。これに伴い、シリコーンオイルが発熱室内壁面とロ
ータ外面との間隙で剪断されて発熱する。この熱は、ウ
ォータジャケット８内の循環流体としての循環水に熱交
換され、加熱された循環水が暖房回路（図示略）を介し
て車室内の暖房に供される。

【００１９】以下に、この実施形態の効果を列挙する。 （イ）発熱室７内の残存空気を窒素で置換することによ
り、粘性流体の収納領域から酸素が排除される。従っ
て、シリコーンオイルの酸化による劣化を防止してビス
カスヒータの発熱効率の低下を効果的に防止することが
できる。

【００２０】（ロ）発熱室７内を窒素ガスで満たしほぼ
無酸素雰囲気としたため、駆動軸１２及びロータ１３の
酸化を危惧する必要がない。このため、駆動軸１２やロ
ータ１３の材料として、鉄や鋼等の硬くてじん性に富む
材料を使用でき、良好な耐久性を確保できる。ロータ１
３が酸化するとその表面の平滑性が低下し、発熱室内壁
面とのクリアランスを一定にできず、所要の発熱性能を
確保し得なかったり、接触損傷のおそれがあるため、ロ
ータ１３の酸化は好ましくない。酸化防止の目的で部材
表面にクロムメッキを施したり、難酸化性の金属を用い
たりすることも考えられるが、かかる処置はコスト高や
耐久性の低下につながる。これに対し、本発明の酸化防
止対策は、これらの処置に比べてコスト面を含む種々の
点で極めて有利である。

【００２１】（ハ）発熱室７の内圧を低気圧状態とした
場合、発熱室７内における粘性流体の移動、循環が容易
となり、粘性流体の移動に対する抵抗が低下し、停止状
態のロータ１３を起動しやすくなる。

【００２２】尚、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、例えば次のような態様にて実施することも
可能である。 （ａ）前記実施形態では、発熱室７内の空気を真空ポン
プで排気した後、窒素ガスを充填しているが、窒素ガス
を充填することなく、発熱室７内を低気圧状態（例えば
０．１気圧以下）の空気雰囲気としてもよい。

【００２３】（ｂ）プーリ１５と駆動軸１２との間に電
磁クラッチを採用し、エンジンの駆動力をビスカスヒー
タの駆動軸１２に断続的に伝達可能とすること。尚、本
明細書で言う「粘性流体」とは、ロータの剪断作用を受
けて流体摩擦に基づく熱を発生するあらゆる媒体を意味
するものであり、高粘度の液体や半流動体に限定され
ず、ましてやシリコーンオイルに限定されるものではな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、各請求項に記載の
ビスカスヒータによれば、粘性流体の収納領域の内部雰
囲気から酸素が極力排除される。その結果、粘性流体の
酸化による劣化を未然に防止することができ、ビスカス
ヒータに所期の発熱性能を持続的に発揮させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に従うビスカスヒータの縦断
面図。

【符号の説明】

１…前部ハウジング、６…後部ハウジング、７…発熱室
（ハウジング内において粘性流体の収納領域を区画す
る）、１２…駆動軸、１３…ロータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 達也 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に粘性流体を収納し、ロー
   タの回動による当該粘性流体の剪断作用に基づいて発生
   した熱を放熱室の循環流体に熱交換するビスカスヒータ
   において、粘性流体の収納領域の内部雰囲気から酸素を
   排除したビスカスヒータ。
2. 【請求項２】 前記粘性流体の収納領域とは、粘性流体
   と共にロータを収納する発熱室である請求項１に記載の
   ビスカスヒータ。
3. 【請求項３】 前記粘性流体の収納領域に非酸化性ガス
   を封入してなる請求項１又は２に記載のビスカスヒー
   タ。
4. 【請求項４】 前記非酸化性ガスは、窒素、炭酸ガス又
   は希ガスである請求項３に記載のビスカスヒータ。
5. 【請求項５】 前記希ガスは、ヘリウム、ネオン又はア
   ルゴンである請求項４に記載のビスカスヒータ。
6. 【請求項６】 前記粘性流体の収納領域における内部雰
   囲気の圧力を０．１気圧以下とした請求項１〜５のいず
   れか一項に記載のビスカスヒータ。
7. 【請求項７】 ハウジング内に粘性流体を収納し、ロー
   タの回動による当該粘性流体の剪断作用に基づいて発生
   した熱を放熱室の循環流体に熱交換するビスカスヒータ
   において、粘性流体の収納領域における内部雰囲気の圧
   力を０．１気圧以下としたことを特徴とするビスカスヒ
   ータ。