JPH0976731A - ビスカスヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロータの１回転当たりの発熱量を大きく確保し
つつ、ロータの外面と発熱室の壁面との干渉を防止可能
なビスカスヒータを提供する。 【解決手段】ロータ１３は駆動軸１２にスプライン嵌合
され、相対回動不能かつ軸芯Ｏに対して傾斜及び軸方向
の変位が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粘性流体をせん断
により発熱させ、ウォータジャケット内を循環する循環
水に熱交換して暖房熱源に利用するビスカスヒータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平２−２４６８２３号公報に
車両用暖房装置に利用されるビスカスヒータが開示され
ている。このビスカスヒータでは、前部及び後部ハウジ
ングが対設された状態で通しボルトにより締結され、内
部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータジャケット
とを形成している。ウォータジャケット内では循環水が
入水ポートから取り入れられ、出水ポートから外部の暖
房回路へ送り出されるべく循環されている。前部ハウジ
ングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承さ
れ、駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定され
ている。発熱室の壁面とロータの外面とは互いに近接す
るラビリンス溝を構成し、これら発熱室の壁面とロータ
の外面との間隙にはシリコンオイル等の粘性流体が介在
される。

【０００３】車両の暖房装置に組み込まれたこのビスカ
スヒータでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、
発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の
壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱する。
この発熱はウォータジャケット内の循環水に熱交換さ
れ、加熱された循環水が暖房回路で車両の暖房に供され
ることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のビ
スカスヒータでは、ロータの１回転当たりの発熱量を向
上させると、ロータの外面が発熱室の壁面と干渉しやす
いことが明らかとなった。すなわち、この種のビスカス
ヒータでは、運転時において、エンジンの回転数の変化
等に起因し、電磁クラッチのプーリ又は駆動軸に直結さ
れたプーリに不可避的にベルトテンションが作用する。
このため、駆動軸は理想軸から不可避的に傾斜した状態
で駆動されることとなる。また、製造時の公差等から、
駆動軸とロータとの直角度、ロータと発熱室との平行度
及びロータと発熱室との軸方向の寸法は、完全なものと
はなり得ない。

【０００５】したがって、上記従来のビスカスヒータで
は、ロータが駆動軸に固定されているため、運転時にお
いて、ロータが発熱室に対して傾斜したり、発熱室と軸
方向に寸法差を有したりしたまま回動し、ロータの外面
が発熱室の壁面と干渉しやすい。一方、かかる干渉を回
避すべく、発熱室の壁面とロータの外面との間隙を拡大
すると、粘性流体がせん断されにくくなるため、ロータ
の１回転当たりの発熱量が低下してしまう。

【０００６】本発明の課題は、ロータの１回転当たりの
発熱量を大きく確保しつつ、ロータの外面と発熱室の壁
面との干渉を防止可能なビスカスヒータを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１のビスカスヒータは、内部に発熱室を形
成する前部及び後部ハウジングと、該前部及び後部ハウ
ジングの少なくとも一方に形成され、該発熱室に隣接し
て循環水を循環させるウォータジャケットと、該前部ハ
ウジングに軸受装置を介して回動可能に支承された駆動
軸と、該発熱室内で該駆動軸により回動可能に設けられ
たロータと、該発熱室の壁面と該ロータの外面との間隙
に介在され、該ロータの回動により発熱される粘性流体
とを有するビスカスヒータにおいて、前記ロータは、前
記駆動軸に相対回動不能かつ該駆動軸の軸芯に対して傾
斜及び軸方向の変位可能に嵌合されていることを特徴と
する。

【０００８】このビスカスヒータでは、駆動軸が回動さ
れれば、ロータが駆動軸に相対回動不能に嵌合されてい
るため、発熱室内でロータが回動され、粘性流体のせん
断による発熱で暖房を行なうことができる。また、この
ビスカスヒータでは、ベルトテンションや製造時の公差
等により、ロータが発熱室に対して傾斜したり、ロータ
が発熱室と軸方向に寸法差を有していても、ロータが駆
動軸の軸芯に対して傾斜可能に嵌合されていることによ
りこの傾斜を吸収し、かつロータが軸方向に変位可能に
嵌合されていることによりこの寸法差を吸収する。

【０００９】このため、このビスカスヒータでは、ロー
タの１回転当たりの発熱量を向上させるべく、粘性流体
がせん断されやすいように発熱室の壁面とロータの外面
との間隙をある程度縮小しても、ロータの外面が発熱室
の壁面と干渉しにくい。 （２）請求項２のビスカスヒータは、請求項１記載のビ
スカスヒータにおいて、ロータは駆動軸にスプライン嵌
合されていることを特徴とする。

【００１０】その他、一面幅、二面幅、又はキー溝によ
り両者を嵌合することもできる。 （３）請求項３のビスカスヒータは、請求項１又は２記
載のビスカスヒータにおいて、ロータが駆動軸の軸芯に
対して傾斜又は軸方向に変位している状態では、発熱室
の壁面と該ロータの外面との間隙に粘性流体が残留され
ていることを特徴とする。

【００１１】ロータが駆動軸の軸芯に対して傾斜し、又
は軸方向に変位することによるロータの外面と発熱室の
壁面との接触は、両者の間隙に残留する粘性流体によっ
て回避されている。 （４）請求項４のビスカスヒータは、請求項３記載のビ
スカスヒータにおいて、後部ハウジングには、発熱室の
中央域と連通されるとともに内部容積の拡縮可能な制御
室が配設され、能力縮小時における該制御室の内部容積
の拡大は、少なくとも粘性流体のワイセンベルク効果に
より行われ、ロータが駆動軸の軸芯に対して傾斜又は軸
方向に変位している状態では、該発熱室の壁面と該ロー
タの外面との間隙に粘性流体が残留されていることを特
徴とする。

【００１２】発熱室内の粘性流体は、ロータが回動され
たままであれば、液面と直角に回動されることで、遠心
力に逆らって軸芯回りに集合するワイセンベルク効果
（Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｇ Ｅｆｆｅｃｔ）により、能
力縮小時における制御室の内部容積の拡大を行う。この
ワイセンベルク効果は法線応力効果により生じると考え
られている。これにより、このビスカスヒータでは、発
熱室内の粘性流体が制御室内に回収されるため、発熱室
の壁面とロータの外面との間隙の発熱量が減少し、暖房
が弱められることとなる。

【００１３】かかるビスカスヒータにおいても、ロータ
が駆動軸の軸芯に対して傾斜し、又は軸方向に変位する
ことによるロータの外面と発熱室の壁面との接触は、両
者の間隙の中央域にワイセンベルク効果によって確実に
残留する粘性流体によって回避されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、各請求項記載の発明を具体
化した実施形態１〜３を図面を参照しつつ説明する。 （実施形態１）実施形態１のビスカスヒータは請求項１
〜３を具体化している。

【００１５】このビスカスヒータでは、図１に示すよう
に、前部ハウジング１、後部プレート２及び後部ハウジ
ング本体３が後部プレート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、各々積層された状態で複数
本の通しボルト５により締結されている。ここで、後部
プレート２及び後部ハウジング本体３が後部ハウジング
６を構成している。そして、前部ハウジング１の後端面
に凹設された凹部は後部プレート２の平坦な前端面とと
もに発熱室７を形成している。また、後部プレート２の
後端面と後部ハウジング本体３の内面とが発熱室７に隣
接する後部ウォータジャケットＲＷを形成している。

【００１６】後部ハウジング本体３の後面の外域には、
外部の図示しない暖房回路から循環水を取り入れる入水
ポート８と、循環水を暖房回路へ送り出す図示しない出
水ポートとが隣接して形成され、入水ポート８と出水ポ
ートとは後部ウォータジャケットＲＷに連通されてい
る。後部プレート２の後端面では中央域に円柱状の凸部
２ａが突設され、入水ポート８と出水ポートとの間には
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。また、後部プレート２の後端面では、入水ポート
８近傍から出水ポート近傍まで凸部２ａ回りに円弧状に
延在する４条のフィン２ｃ〜２ｆが軸方向に突設されて
いる。これら凸部２ａ、隔壁２ｂ及び各フィン２ｃ〜２
ｆの先端は後部ハウジング本体３の内面と当接されてい
る。

【００１７】また、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
ら軸封装置１０及び軸受装置１１を介して駆動軸１２が
回動可能に支承されている。このビスカスヒータの特徴
的な構成として、駆動軸１２の後端には外スプライン１
２ａが形成され、この外スプライン１２ａには発熱室７
内に収納される平板形状のロータ１３の内スプライン１
３ａが嵌合されている。こうして、ロータ１３は、図２
に示すように、駆動軸１２に相対回動不能かつ駆動軸１
２の軸芯Ｏに対して傾斜及び軸方向の変位可能に嵌合さ
れ、発熱室７内で回動可能になされている。

【００１８】そして、発熱室７の壁面とロータ１３の外
面との間隙には粘性流体としてのシリコンオイルが介在
されている。図１に示すように、駆動軸１２の先端には
ボルト１４によりプーリ１５が固定され、プーリ１５は
車両のエンジンによりベルトで回転されるようになって
いる。車両の暖房装置に組み込まれたこのビスカスヒー
タでは、駆動軸１２がプーリ１５を介してエンジンによ
り駆動されれば、ロータ１３が駆動軸１２に相対回動不
能に嵌合されているため、発熱室７内でロータ１３が回
動し、シリコンオイルが発熱室７の壁面とロータ１３の
外面との間隙でせん断により発熱する。この発熱は後部
ウォータジャケットＲＷ内の循環水に熱交換され、加熱
された循環水が暖房回路で車両の暖房に供されることと
なる。

【００１９】このとき、このビスカスヒータにおいて
も、図２に示すように、ベルトテンションにより軸芯Ｏ
が理想軸から傾斜したＯ’の状態で駆動軸１２が回動さ
れやすい。また、製造時の公差等により、ロータ１３と
発熱室７との平行度及び軸方向の寸法は完全なものとは
なり得ない。しかし、このビスカスヒータでは、ロータ
１３が軸芯Ｏに対して傾斜可能に嵌合されていることに
よりこの傾斜を吸収し、かつロータ１３が軸方向に変位
可能に嵌合されていることによりこの寸法差を吸収す
る。すなわち、ロータ１３の中心面Ｓと発熱室７の中心
面Ｓ’とがほぼ一致する。

【００２０】このため、このビスカスヒータでは、ロー
タ１３の１回転当たりの発熱量を向上させるべく、シリ
コンオイルがせん断されやすいように発熱室７の壁面と
ロータ１３の外面との間隙をある程度縮小しても、ロー
タ１３の外面が発熱室７の壁面と干渉しにくい。また、
ロータ１３が軸芯Ｏに対して傾斜し、又は軸方向に変位
することによるロータ１３の外面と発熱室７の壁面との
接触は、両者の間隙に残留するシリコンオイルによって
回避されている。

【００２１】これに対し、図３に示すように、駆動軸１
２の後端にロータ１３を圧入した比較形態のビスカスヒ
ータでは、ロータ１３は駆動軸１２に相対回動不能かつ
軸芯Ｏに対して傾斜及び軸方向の変位不能に嵌合される
こととなる。この場合、駆動軸１２とロータ１３との直
角度も完全ではない。このため、このビスカスヒータで
は、ロータ１３の中心面Ｓと発熱室７の中心面との傾斜
を吸収できず、かつロータ１３と発熱室７との軸方向の
寸法差を吸収できない。このため、このビスカスヒータ
では、発熱室７の壁面とロータ１３の外面との間隙をあ
る程度縮小すれば、ロータ１３の外面が発熱室７の壁面
と干渉してしまう。

【００２２】したがって、実施形態１のビスカスヒータ
は、ロータ１３の１回転当たりの発熱量を大きく確保し
つつ、ロータ１３の外面と発熱室７の壁面との干渉を防
止可能であり、優れた暖房能力と耐久性とを発揮するこ
とができる。なお、プーリ１５の代わりに電磁クラッチ
を用いて駆動軸１２の断続駆動を行ってもよい。 （実施形態２）実施形態２のビスカスヒータは請求項１
〜４を具体化している。

【００２３】このビスカスヒータでは、図４に示すよう
に、ロータ１３の中央域に前後に貫通する複数個の連通
孔１３ｂが貫設されている。また、後部プレート２が中
央域に連通孔２ｇを有する環状に形成されており、後部
ハウジング本体３の内部中央域には環状のリブ３ａが軸
方向に突設されている。また、ガスケット４が後部プレ
ート２の連通孔２ａを覆うべくダイアフラム４ａを一体
に有し、後部ハウジング本体３の中心に設けられた調整
ねじ１６がダイアフラム４ａの後面と当接可能になされ
ている。こうして、ダイアフラム４ａの前方には発熱室
７の中央域と連通する制御室１７が形成されている。他
の構成は実施形態１と同様である。

【００２４】このビスカスヒータでは、ロータ１３が回
動されたままであれば、暖房が過強である場合、発熱室
７内のシリコンオイルは、ワイセンベルク効果によりダ
イアフラム４ａを後方に変位させて制御室１７の内部容
積を拡大する。この制御室１７の内部容積の拡大はダイ
アフラム４ａの後面が調整ねじ１６の先端に当接するま
で行われる。これにより、発熱室７内のシリコンオイル
が制御室１７内に回収されるため、発熱室７の壁面とロ
ータ１３の外面との間隙の発熱量が減少し、暖房が弱め
られることとなる。この能力縮小の際、発熱室７の前壁
面とロータ１３の前側面との間のシリコンオイルは連通
孔１３ｂを経て制御室１７に回収されやすい。

【００２５】逆に、暖房が過弱である場合、調整ねじ１
６を所望長さだけねじ込み、ダイアフラム４ａを前方に
変位させて制御室１７の内部容積を縮小する。これによ
り、制御室１７内のシリコンオイルは発熱室７内に送り
出されるため、発熱室７の壁面とロータ１３の外面との
間隙の発熱量が増大し、暖房が強められることとなる。
この能力拡大の際も、制御室１７内のシリコンオイルが
発熱室７の前壁面とロータ１３の前側面との間に送り出
されやすい。

【００２６】したがって、このビスカスヒータは、能力
制御が確実に行われ、耐久後の発熱効率の低下を防止で
きる。また、かかるビスカスヒータにおいても、ロータ
１３が軸芯Ｏに対して傾斜し、又は軸方向に変位するこ
とによるロータ１３の外面と発熱室７の壁面との接触
は、両者の間隙の中央域にワイセンベルク効果によって
確実に残留するシリコンオイルによって回避されてい
る。他の作用及び効果は実施形態１と同様である。 （変形形態）上記実施形態１、２のビスカスヒータで
は、ロータ１３を駆動軸１２にスプライン嵌合すること
により、ロータ１３を駆動軸１２に対し、相対回動不能
かつ軸芯Ｏに対して傾斜及び軸方向の変位可能とした
が、図５及び図６に示す変形形態を採用することも可能
である。

【００２７】図５の変形形態では、駆動軸１２の後端を
半月状に加工して一つの平坦面１２ｂを形成するととも
に、ロータ１３に半月状の嵌合穴１３ｃを形成すること
により、一面幅の嵌合を採用している。この場合、スプ
ライン嵌合よりも簡易な加工により実施形態１、２と同
様の作用及び効果を奏することができる。また、図５の
変形形態では、駆動軸１２の後端を平行に切削して二つ
の平坦面１２ｃ、１２ｄを形成するとともに、ロータ１
３にこれと整合する嵌合穴１３ｄを形成することによ
り、二面幅の嵌合を採用している。この場合、スプライ
ン嵌合よりも簡易な加工であり、一面幅の嵌合よりもト
ルク伝達が確実に行われる長所を有しつつ、実施形態
１、２と同様の作用及び効果を奏することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、各請求項のビスカ
スヒータは、ロータの１回転当たりの発熱量を大きく確
保しつつ、ロータの外面と発熱室の壁面との干渉を防止
可能である。したがって、このビスカスヒータは、優れ
た暖房能力と耐久性とを発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１のビスカスヒータの縦断面図であ
る。

【図２】実施形態１のビスカスヒータに係り、要部拡大
断面図である。

【図３】比較形態のビスカスヒータに係り、要部拡大断
面図である。

【図４】実施形態２のビスカスヒータの縦断面図であ
る。

【図５】変形形態のビスカスヒータに係り、部分断面図
である。

【図６】変形形態のビスカスヒータに係り、部分断面図
である。

【符号の説明】

１…前部ハウジング ６…後部ハウジン
グ ２…後部プレート ３…後部ハウジン
グ本体 ７…発熱室 ＲＷ…後部ウォー
タジャケット １０…軸封装置 １１…軸受装置 １２…駆動軸 １３…ロータ ４…ガスケット ５…通しボルト １２ａ…外スプライン １３ａ…内スプラ
イン Ｏ…軸芯 １７…制御室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に発熱室を形成する前部及び後部ハウ
   ジングと、該前部及び後部ハウジングの少なくとも一方
   に形成され、該発熱室に隣接して循環水を循環させるウ
   ォータジャケットと、該前部ハウジングに軸受装置を介
   して回動可能に支承された駆動軸と、該発熱室内で該駆
   動軸により回動可能に設けられたロータと、該発熱室の
   壁面と該ロータの外面との間隙に介在され、該ロータの
   回動により発熱される粘性流体とを有するビスカスヒー
   タにおいて、 前記ロータは、前記駆動軸に相対回動不能かつ該駆動軸
   の軸芯に対して傾斜及び軸方向の変位可能に嵌合されて
   いることを特徴とするビスカスヒータ。
2. 【請求項２】ロータは駆動軸にスプライン嵌合されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のビスカスヒータ。
3. 【請求項３】ロータが駆動軸の軸芯に対して傾斜又は軸
   方向に変位している状態では、発熱室の壁面と該ロータ
   の外面との間隙に粘性流体が残留されていることを特徴
   とする請求項１又は２記載のビスカスヒータ。
4. 【請求項４】後部ハウジングには、発熱室の中央域と連
   通されるとともに内部容積の拡縮可能な制御室が配設さ
   れ、能力縮小時における該制御室の内部容積の拡大は、
   少なくとも粘性流体のワイセンベルク効果により行わ
   れ、ロータが駆動軸の軸芯に対して傾斜又は軸方向に変
   位している状態では、該発熱室の壁面と該ロータの外面
   との間隙に粘性流体が残留されていることを特徴とする
   請求項３記載のビスカスヒータ。