JPH10236139A

JPH10236139A - ビスカスヒータ

Info

Publication number: JPH10236139A
Application number: JP9042314A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Moroi; 隆宏諸井; Takashi Ban; 孝志伴; Hidefumi Mori; 英文森; Takanori Okabe; 孝徳岡部
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-08
Also published as: CA2230450A1; DE19807955A1

Abstract

(57)【要約】【課題】熱供給量を低下させずに車両その他の製品への
搭載を容易とする小型のビスカスヒータを提供するこ
と。【解決手段】ハウジング１，２内に区画された収容室５
には、駆動軸２０及びロータ８が回動可能に設けられ、
粘性流体（例えばシリコーンオイル）が所要量入れられ
ている。ロータ８は、駆動軸２０に取り付けられた円盤
状基端部８ａと、該基端部より突設された円筒状剪断部
８ｂとを有している。ハウジング１，２内には二つの略
円筒状のステータ部材３，４が内装され、ロータ８の回
動に伴う前記剪断部８ｂの回動軌跡を挟むように内側ウ
ォータジャケット（第１放熱室）６及び外側ウォータジ
ャケット（第２放熱室）７が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジング内に回
動可能なロータと粘性流体とを収容し、当該粘性流体を
前記ロータで剪断して熱を発生させ、この熱を前記ハウ
ジング内に区画された放熱領域を流れる循環流体に熱交
換するビスカスヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】車載用の補助熱源として、車両のエンジ
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。例えば、特開平２−２４６８２３号公報は、車両用
暖房装置に組み込まれるビスカスヒータを開示する。

【０００３】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相互に連結され、その内部
には発熱室と、この発熱室の外域にウォータジャケット
（放熱室）とが形成されている。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ており、こ
の駆動軸の一端には発熱室内で一体回動可能にロータが
固定されている。ロータの前後外壁部及びそれらと対向
する発熱室の内壁部は相符合するラビリンス溝を構成す
べく凹凸条形成されており、両者の近接配置によって当
該内外壁部間にラビリンス状のクリアランスを確保して
いる。そして、前記発熱室内に所要量の粘性流体（例え
ばシリコーンオイル）を封入し、これを前記ラビリンス
状のクリアランスにもいきわたらせている。

【０００４】エンジンの駆動力が駆動軸に伝達される
と、駆動軸と共にロータが発熱室内で回転し、発熱室内
壁部とロータ外壁部との間に介在される粘性流体が前記
ロータで剪断されて流体摩擦に基づく熱を発生する。発
熱室で発生した熱は、前記ウォータジャケット内を流れ
る循環水に熱交換され、その加熱循環水は外部暖房回路
に供給されて車両の暖房に供される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来型のビスカス
ヒータでは、ロータの前後外壁部にラビリンス溝構成用
の凹凸を形成する必要から、そのロータ本体は、その軸
心からの半径よりも軸長の短い円盤類似の形状となる。
かかるロータでは、主たる剪断作用面はロータの前後外
壁部の凹凸条部表面となり、また、ロータ本体の軸心か
ら離れた位置にある凹凸条部ほど周回速度（即ち剪断速
度）が大きくなる。このため、ヒータの発熱量を多くす
るためには、ロータ径を大きく、つまりヒータ本体の外
径を大きくする必要が生ずる。しかし、このように径方
向に大きなディメンションを持つビスカスヒータでは、
車両内、特にエンジンルーム内での搭載スペースの確保
が一般に難しく、他の車両用補機類との関係でレイアウ
ト設計上の障害となることがある。

【０００６】本発明の目的は、ヒータとしての熱供給量
を低下させずに車両その他の製品への搭載を容易とする
ビスカスヒータを提供すると共に、ロータやヒータ本体
の基本的形状（又はディメンション）の変更に伴って生
じ得る問題を解決して優れた発熱性能を発揮することが
できるビスカスヒータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ハウ
ジング内に回動可能なロータと粘性流体とを収容し、当
該粘性流体を前記ロータで剪断して熱を発生させ、この
熱を前記ハウジング内に区画された放熱領域を流れる循
環流体に熱交換するビスカスヒータにおいて、前記ロー
タはその回動軸線を包囲するように形成された剪断部を
備えており、前記放熱領域は前記ロータの回動に伴う前
記剪断部の回動軌跡を挟んで配置された第１及び第２の
放熱室を備えてなることをその要旨とする。

【０００８】このビスカスヒータによれば、ロータの回
動に伴い粘性流体は剪断部による剪断作用を受けて熱を
発生し、この熱は速やかに第１及び第２の放熱室を流れ
る循環流体に熱交換される。特にこれら二つの放熱室
は、ロータ剪断部の回動軌跡を挟んで配置されているた
め、粘性流体の保持する熱を無駄なく循環流体に回収す
ることができる。故に、当該ビスカスヒータは自ら発生
した熱を効率的に循環流体に付与することができ、必要
な熱量を効率よく供給することができる。また、発熱領
域を挟んだ放熱室配置のために、ロータに剪断された粘
性流体から両放熱室の循環流体への熱移動が迅速化され
る。このため、粘性流体が局部的に過熱状態に陥ること
が極力回避され、粘性流体の熱劣化が防止される。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載のビス
カスヒータにおいて、前記ビスカスヒータは外部駆動源
によって回動される駆動軸を備えており、前記ロータ
は、前記駆動軸に取り付けられた基端部と、前記駆動軸
を包囲するように前記基端部より突設された前記剪断部
としての円筒部とを有していることを特徴とする。

【００１０】この構成では、ロータは駆動軸と共に一体
回転される。ロータの基端部から突設された剪断部は駆
動軸を包囲する円筒部として提供される。従って、当該
円筒部の回動軌跡を挟むように第１及び第２の放熱室を
配設することが容易となり、また当該円筒部を二つの放
熱室に挟まれた剪断部とすることができる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
のビスカスヒータにおいて、前記ハウジング内に設けら
れて前記第１放熱室を区画形成する第１ステータ部材
と、前記ハウジング内に設けられて前記第２放熱室を区
画形成する第２ステータ部材とを備え、前記第１及び第
２ステータ部材の間に前記ロータの剪断部が配置されて
なることを特徴とする。

【００１２】この構成によれば、ハウジング内に別個に
配設される第１及び第２ステータ部材を用いることで、
ハウジング内にロータの剪断部を挟む二つの放熱室を区
画形成することが容易となる。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３に記載のビス
カスヒータにおいて前記第１ステータ部材と前記ロータ
の剪断部との間のクリアランスと、前記第２ステータ部
材と前記ロータの剪断部との間のクリアランスとを異な
らせたことを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、ロータ剪断部の一方の
剪断作用面（第１ステータ部材と対向する面）と他方の
剪断作用面（第２ステータ部材と対向する面）とで剪断
発熱能力を異ならせることができる。このため、状況に
応じた適切な発熱能力の設定が容易となる。

【００１５】請求項５の発明は、請求項４に記載のビス
カスヒータにおいて、前記第１ステータ部材を前記第２
ステータ部材よりもロータの回動軸線寄りに配置すると
共に、前記第１ステータ部材と前記ロータの剪断部との
間のクリアランスを前記第２ステータ部材と前記ロータ
の剪断部との間のクリアランスよりも大きくしたことを
特徴とする。

【００１６】この構成によれば、相対的にクリアランス
の小さい第２ステータ部材とロータ剪断部との間の領域
での剪断発熱能力を高める一方で、相対的にクリアラン
スの大きい第１ステータ部材とロータ剪断部との間の領
域での剪断発熱能力を抑制するようにビスカスヒータの
特性を設定することができる。この場合、剪断発熱能力
を抑制された領域では剪断による発熱能力よりも放熱能
力の比重が高まり、粘性流体の過熱が回避され、粘性流
体の寿命が延ばされる。

【００１７】請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれ
か一項に記載のビスカスヒータにおいて、前記ロータ及
び粘性流体を収容すべく前記ハウジング内に設けられた
収容室は、前記ロータの剪断部と前記第１及び第２ステ
ータ部材との間に提供される発熱領域と、該発熱領域と
の間で入れ替え循環される粘性流体を貯留しておく貯留
領域とに機能区分されることを特徴とする。

【００１８】この構成によれば、ロータの回動中、収容
室内の発熱領域と貯留領域との間で粘性流体の入れ替え
循環が生じ得る。即ち、貯留領域にある粘性流体は発熱
領域に供給される一方で、発熱領域でロータの剪断に供
されていた粘性流体は貯留領域に戻される。このため、
特定の粘性流体が常時発熱領域に留まって持続的に剪断
作用を受け、その結果として当該特定の粘性流体が急速
に劣化するという事態が回避される。また、粘性流体は
一定の周期で貯留領域での休息を得ることができるた
め、所期の粘弾性を回復した状態で発熱領域に再供給さ
れ得る。このため、ビスカスヒータの連続運転によりロ
ータによる粘性流体の剪断効率が経時的に低下するとい
うことがなく、安定した発熱性能を維持することができ
る。

【００１９】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載のビスカスヒータにおいて、前記第１及び第２
の放熱室は相互連通されており、該第１及び第２放熱室
内には、前記ハウジングに設けられた第１ポートから第
２ポートにいたる一続きの循環流体の流通経路が形成さ
れていることを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、ロータ剪断部の回動軌
跡を挟んで第１及び第２の放熱室を分離配置した場合で
も、第１ポートに供給された循環流体は、単一の流通経
路を経て放熱領域の全体を巡回した後に第２ポートに到
達することができる。従って、簡易な構成にて放熱領域
での循環流体の流通を円滑化することができる。

【００２１】請求項８の発明は、ハウジング内に回動可
能なロータと粘性流体とを収容し、当該粘性流体を前記
ロータで剪断して熱を発生させ、この熱を前記ハウジン
グ内に区画された放熱領域を流れる循環流体に熱交換す
るビスカスヒータにおいて、前記ロータはその回動軸線
を包囲するように形成された第１剪断部及び第２剪断部
を備えており、前記放熱領域は前記ロータの回動に伴う
前記第１及び第２剪断部の各回動軌跡の間に配置された
放熱室を備えてなることをその要旨とする。

【００２２】このビスカスヒータによれば、ロータの回
動に伴い粘性流体は第１剪断部及び第２剪断部による剪
断作用を受けて熱を発生し、この熱は両剪断部間に配置
された放熱室を流れる循環流体に熱交換される。このよ
うに放熱室は、それを挟むように設けられた二つの剪断
部に係る粘性流体から熱供給を受けるため、より多くの
熱量が循環流体に付与される。故に、当該ビスカスヒー
タは多量の熱を発生して循環流体を怠りなく加熱するこ
とができ、ヒータ本体の小型化を図っても十分な熱量を
供給することができる。

【００２３】請求項９の発明は、請求項８に記載のビス
カスヒータにおいて、前記ビスカスヒータは外部駆動源
によって回動される駆動軸を備えており、前記ロータ
は、前記駆動軸に取り付けられた基端部と、前記駆動軸
を包囲するように前記基端部より突設された前記第１及
び第２剪断部としての二つの同心円筒状の円筒部とを有
していることを特徴とする。

【００２４】この構成では、ロータは駆動軸と共に一体
回転される。ロータの基端部から突設された第１及び第
２剪断部は駆動軸を包囲する同心円筒状の二つの円筒部
として提供される。従って、当該二つの円筒部の各回動
軌跡を挟むように放熱室を配設することが容易となり、
また当該二つの円筒部を一つの放熱室を挟む第１及び第
２剪断部とすることができる。

【００２５】請求項１０の発明は、請求項８又は９に記
載のビスカスヒータにおいて、前記ハウジング内には前
記放熱室を区画形成するステータ部材が設けられている
ことを特徴とする。

【００２６】この構成によれば、ハウジング内に配設さ
れるステータ部材を用いることで、ハウジング内にロー
タの二つの剪断部に挟まれた放熱室を区画形成すること
が容易となる。

【００２７】請求項１１の発明は、請求項１０に記載の
ビスカスヒータにおいて、前記ロータ及び粘性流体を収
容すべく前記ハウジング内に設けられた収容室は、前記
ロータの第１及び第２剪断部の少なくとも一方と前記ス
テータ部材との間に提供される発熱領域と、該発熱領域
との間で入れ替え循環される粘性流体を貯留しておく貯
留領域とに機能区分されることを特徴とする。

【００２８】この構成によれば、ロータの回動中、収容
室内の発熱領域と貯留領域との間で粘性流体の入れ替え
循環が生じ得る。即ち、貯留領域にある粘性流体は発熱
領域に供給される一方で、発熱領域でロータの剪断に供
されていた粘性流体は貯留領域に戻される。このため、
特定の粘性流体が常時発熱領域に留まって持続的に剪断
作用を受け、その結果として当該特定の粘性流体が急速
に劣化するという事態が回避される。また、粘性流体は
一定の周期で貯留領域での休息を得ることができるた
め、所期の粘弾性を回復した状態で発熱領域に再供給さ
れ得る。このため、ビスカスヒータの連続運転によりロ
ータによる粘性流体の剪断効率が経時的に低下するとい
うことがなく、安定した発熱性能を維持することができ
る。

【００２９】請求項１２の発明は、請求項８〜１１のい
ずれかに記載のビスカスヒータにおいて、前記放熱室内
には、前記ハウジングに設けられた第１ポートから第２
ポートにいたる一続きの循環流体の流通経路が形成され
ていることを特徴とする。

【００３０】この構成によれば、第１ポートに供給され
た循環流体は、単一の流通経路を経て放熱領域（放熱
室）の全体を巡回した後に第２ポートに到達することが
でき、簡易な構成にて放熱領域での循環流体の流通を円
滑化することができる。

【００３１】

【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第１及び第２
実施形態を図面を参照しつつ説明する。

【００３２】（第１実施形態）図１及び図２に示すよう
に、第１実施形態のビスカスヒータは、ハウジング本体
１と、その開口端に取り付けられるハウジング蓋体２と
を備えている。

【００３３】ハウジング本体１は、当該ヒータの後端部
を構成する基端部１ａ、並びに、その基端部１ａから前
方（左方）へ突出した同心円筒状の第１円筒壁１ｂ及び
第２円筒壁１ｃを有している。第１円筒壁１ｂの円筒半
径は第２円筒壁１ｃの円筒半径よりも小さく、第１円筒
壁１ｂは第２円筒壁１ｃの内側に配置されている。第２
円筒壁１ｃはハウジング本体１の外郭たる外周壁を形成
する。

【００３４】第１円筒壁１ｂの外側には、第１ステータ
部材３が外嵌されている。この第１ステータ部材３の主
要部は略円筒状をなし、その基端部は肉厚な鍔形状のフ
ランジ部３ａとなっている。このフランジ部３ａとハウ
ジング本体１の基端部１ａの内壁面との間には、リング
状のガスケット１０が介在されている。また、第１ステ
ータ部材３の先端部は正面円環状をなしており、この円
環状の先端部には複数のビス１１を用いてリング状のガ
スケット１２を介在させつつリング状の押え板１３が取
着されている。

【００３５】第２円筒壁１ｃの内側には、第２ステータ
部材４が内嵌されている。この第２ステータ部材４は略
円筒状をなしており、その外周面上には螺旋状に延びる
一条のリブ４ａが突設されている。略円筒状の第２ステ
ータ部材４の後端部は、リング状ガスケット１４を介し
て第１ステータ部材３のフランジ部３ａに当接されてい
る。第２ステータ部材４は、第２円筒部１ｃへの内嵌状
態において、その前端縁が第２円筒部１ｃの先端縁と一
致するように全長が決められている。そして、第２ステ
ータ部材４の前端縁及び第２円筒部１ｃの先端縁とハウ
ジング蓋体２との間にはリング状のガスケット１５が介
装されている。

【００３６】ハウジング本体１内に区画部材たる第１及
び第２ステータ部材３，４を内装した状態でハウジング
本体１の開口側にハウジング蓋体２を取り付け、ハウジ
ング本体１の軸線方向に沿って設けられた複数本の通し
ボルト（図示略）で両者を締め付け固定することによ
り、第１及び第２ステータ部材３，４が相互に押え合う
形でハウジング本体１内に移動不能に位置決め固定され
る。こうして、ハウジング本体１内には、ハウジング本
体１の一部、ハウジング蓋体２並びに第１及び第２ステ
ータ部材３，４によって収容室５が区画形成される。

【００３７】図１及び図２に示すように、第１円筒壁１
ｂに対する第１ステータ部材３の外嵌によって、両者間
には第１放熱室としての内側ウォータジャケット６が区
画形成される。また、第２円筒壁１ｃに対する第２ステ
ータ部材４の内嵌によって、両者間には第２放熱室とし
ての外側ウォータジャケット７が区画形成される。ハウ
ジング本体１内への第２ステータ部材４の圧入により、
該ステータ部材４の螺旋状リブ４ａはハウジング本体１
の第２円筒壁１ｃの内周面に密接し、当該外側ウォータ
ジャケット７内に螺旋状の流通経路Ｐ１を設定する。従
って、外側ウォータジャケット７において、リブ４ａは
循環流体の循環経路を設定し案内するための循環流体ガ
イド手段として機能する。

【００３８】図３は、第１ステータ部材３をその長手方
向に延びる一辺に沿って切り開いた展開図である。図３
に示すように、第１ステータ部材３の内周面側には複数
の突条３ｂが設けられている。各突条３ｂは、第１ステ
ータ部材３の長手方向（軸線方向）に延びると共に、第
１ステータ部材３の第１円筒壁１ｂへの外嵌時には第１
円筒壁１ｂの外側周面に密接し、当該内側ウォータジャ
ケット６内に蛇行した流通経路Ｐ２を設定する。この流
通経路Ｐ２は、内側ウォータジャケット６内を蛇行しつ
つ第１円筒壁１ｂの周囲を巡っている。従って、内側ウ
ォータジャケット６内において、各突条３ｂは循環流体
の循環経路を設定し案内するための循環流体ガイド手段
として機能する。

【００３９】また、図１及び図３に示すように、第１ス
テータ部材３のフランジ部３ａには二つの連通孔２１，
２２が穿設されている。これら入側連通孔２１及び出側
連通路２２は、蛇行流通経路Ｐ２の始点と終点に対応す
る各位置に配置されている。各連通孔２１，２２は、ハ
ウジング本体１の半径方向に延びており、内側ウォータ
ジャケット６と外側ウォータジャケット７とを連通す
る。

【００４０】更に図２に示すように、ハウジング本体１
の外周部には、車両の暖房回路（図示略）から循環流体
としての循環水（例えばエンジン冷却水）を外側ウォー
タジャケット７に取り入れる入水ポート（第１ポート）
１６と、当該外側ウォータジャケット７から前記暖房回
路へ循環水を送り出す出水ポート（第２ポート）１７が
設けられている。従って、暖房回路から入水ポート１６
に取り入れられた循環水は、外側ウォータジャケット７
内に設定された螺旋状流通経路Ｐ１を経由して出水ポー
ト１７に到り、再び暖房回路に戻される。加えて、外側
ウォータジャケット７に取り入れられた循環水は、入側
連通孔２１を介して内側ウォータジャケット６内にも導
入され、蛇行流通通路Ｐ２を経由して第１ステータ部材
３のほぼ全周を一巡した後に出側連通路２２に到り、こ
の出側連通路２２を介して再び外側ウォータジャケット
７内の螺旋状流通経路Ｐ１に戻される。このようにし
て、外部から提供された循環水は、内側及び外側ウォー
タジャケット６，７内を円滑に流通する。

【００４１】図１に示すように、ハウジング本体１及び
ハウジング蓋体２には、軸受装置１８，１９を介して駆
動軸２０が回動可能に支承されている。駆動軸２０の前
端部（外端部）にはボルト孔２０ａが形成されている。
そして、このボルト孔２０ａに対してボルト（図示略）
を螺合することで駆動軸２０に対してプーリ２４（二点
鎖線で概略図示）が固着される。当該プーリ２４はその
外周部にかけられる動力伝達ベルト（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２４を介してエンジンの駆動力によ
り駆動軸２０が回動される。

【００４２】軸受装置１８，１９の各々はシール機能を
も併せ持ついわゆるシール付き軸受けである。このた
め、収容室５内に駆動軸２０の中央主要部を収容した状
態で、軸受装置１８，１９は収容室５を液密な内部空間
としている。この収容室５内において駆動軸２０上には
ロータ８が固定されており、エンジンの駆動力により、
駆動軸２０とロータ８とは一体回転される。

【００４３】ロータ８はアルミニウム系合金等の軽金属
で作られている。ロータ８は、駆動軸２０に取り付けら
れた基端部８ａと、当該基端部８ａから後方（図１右
方）に向けて突設された円筒部８ｂとを備えている。基
端部８ａは略円盤状をなしており、その前端面は平らな
面となっている。この平らな前端面はハウジング蓋体２
の後端面と対向し、当該後端面との間に微少なクリアラ
ンスＣ３を形成する。円筒部８ｂは、駆動軸２０の回動
軸線Ａを包囲する円筒形状に形成されている。円筒部８
ｂの外周面上の各部位は回動軸線Ａから半径Ｒ１の距離
にある。また、円筒部８ｂの軸線Ａ方向への長さＬは半
径Ｒ１よりも長くなっている。

【００４４】円筒部８ｂの内周面は第１ステータ部材３
の外周面と対向して当該外周面との間に微少なクリアラ
ンスＣ１を形成する。また、円筒部８ｂの外周面は第２
ステータ部材４の内周面と対向して当該内周面との間に
微少なクリアランスＣ２を形成する。こうして、円筒部
８ｂは、内側ウォータジャケット６を区画する第１ステ
ータ部材３と外側ウォータジャケット７を区画する第２
ステータ部材４との間に配置され、ロータ８の回転に伴
い回動軸線Ａを中心とした回動軌跡を描く。尚、この第
１実施形態では前記クリアランスＣ１，Ｃ２，Ｃ３は同
じ間隔（距離）に設定されているが、これらの間隔を互
いに異ならせてもよい。

【００４５】液密な内部空間としての収容室５内には、
粘性流体としてのシリコーンオイル（図示略）が所要量
入れられている。このシリコーンオイルの充填量Ｖf
は、収容室５の理論内容積から収容物（ロータ８及び駆
動軸２０）の体積を差し引いて得られた残余空間容積Ｖ
r に対してシリコーンオイルの常温時充填率が５０％〜
８０％の範囲となるように決められている。１００％充
填としていないのは発熱時のオイル膨張を考慮したもの
である。即ち、オイル不存在の空き空間は、発熱時にお
けるオイルの体積膨張を許容して収容室５の内圧の高ま
りを未然に防止する緩衝空間としての役割を果たす。

【００４６】駆動軸２０及びロータ８の一体回転に伴
い、ロータ８の円筒部８ｂの内周面及び外周面並びに円
盤状基端部８ａの前端面によって、前記各微少クリアラ
ンスＣ１，Ｃ２，Ｃ３に存在するシリコーンオイルが剪
断される。特にロータ８では、その表面積の広さ及び回
転時の周速度の高さから、円盤状基端部８ａよりも円筒
部８ｂの方がオイルの剪断に貢献する度合いがはるかに
大きい。この意味で、円筒部８ｂはロータ８における粘
性流体の主たる剪断部としての役目を果たす。ロータ８
における各剪断作用面（円筒部８ｂの内周面及び外周面
並びに円盤状基端部８ａの前端面）の剪断作用を受け
て、シリコーンオイルは流体摩擦に基づく熱を発生す
る。この熱は、第１及び第２ステータ部材３，４を介し
て内側及び外側ウォータジャケット６，７を流れる循環
流体としての循環水に熱交換される。そして、ウォータ
ジャケット６，７で加熱された熱循環水は、暖房回路を
経由して車室内の暖房等に供される。

【００４７】従って、収容室５内の内部空間は、粘性流
体が剪断作用を受けて熱を発生する発熱領域と、それ以
外の領域（貯留領域）とに機能区分される。即ち、前記
発熱領域は、円筒部８ｂの内周面と第１ステータ部材３
の外周面との間のクリアランスＣ１、円筒部８ｂの外周
面と第２ステータ部材４の内周面との間のクリアランス
Ｃ２、及び、円盤状基端部８ａの前端面とハウジング蓋
体２の後端面との間のクリアランスＣ３によって構成さ
れる。また、第１及び第２放熱室としての内側及び外側
ウォータジャケット６，７は、発熱領域内の粘性流体が
保持する熱を循環流体に伝達又は放熱させることを促進
する放熱領域として位置付けられる。

【００４８】更に、収容室５内の発熱領域以外の領域
は、粘性流体の貯留領域としての役割を担う。この貯留
領域は主として、収容室５内の駆動軸２０を取り囲む第
１円筒壁１ｂの内側領域によって構成される。貯留領域
は、発熱領域以外にも粘性流体を追加収容し、当該発熱
領域との間で入れ替え循環される粘性流体の供給源とな
る。

【００４９】尚、収容室５内におけるオイルの充填率が
８０％以下であること自体は、オイルの剪断発熱作用を
阻害するものではない。これは、駆動軸２０及びロータ
８が一体回転する時には、微少なクリアランスを形成し
ているロータ８の外表面と収容室５の内壁面との間のほ
ぼ全域に、シリコーンオイルの伸張粘性に基づいてオイ
ルが満遍なく行き渡るためである。

【００５０】本第１実施形態の作用及び効果を以下に列
挙する。 ◎ 主たる剪断部としてのロータ円筒部８ｂの内外両周
面によって、発熱領域の粘性流体を剪断発熱させるよう
にした。このため、ロータ８の寸法を小さくしても、そ
の小さなロータ８で必要な熱量を発生させることができ
る。また、ロータ円筒部８ｂを挟むように内側及び外側
ウォータジャケット６，７を設け、これらを可能な限り
ロータ円筒部８ｂの内側及び外側周面に接近させた。こ
のため、クリアランスＣ１及びＣ２で発生した熱を効率
的に循環水に熱交換することができる。従って、このビ
スカスヒータによれば、十分な発熱能力を確保しつつヒ
ータ本体を小型化することが容易となる。

【００５１】◎ ロータ８の円筒部８ｂと、それを挟む
ように同心円筒状に設けられた第１及び第２ステータ部
材３，４とは、ロータ８の回転に伴ってそれらの対向周
面間に相対速度差を生じる。このような状況下では当該
対向周面間に介在する流体には、遠心力による不安定効
果からテイラー渦と呼ばれる二次流れが発生する。即
ち、クリアランスＣ１及びＣ２の各領域において、回動
軸線Ａの方向に沿って隣り合う複数のリング状渦が発生
する。各リング状渦は全体として周方向への相対流れを
生じつつも、その流れは、回動軸線Ａの方向、円周方向
及び半径方向の三方向のベクトルが複雑に絡み合って得
られた螺旋状流れの様相を呈している。これら複数のリ
ング状渦を回動軸線Ａに沿った縦断面で見た場合、各渦
の螺旋の回転方向は交互に反転している。

【００５２】このような二次流れ（テイラー渦）がクリ
アランスＣ１及びＣ２の各領域で生ずることで、各クリ
アランスにおいてオイルの螺旋循環が生じ、半径方向へ
のオイル温度分布の均一化が図られる。従って、ロータ
円筒部８ｂの内外両周面の近傍（極めて薄い境界層領
域）が局所的に過熱状態となる事態が回避され、オイル
の局所劣化という不都合な事態を回避することができ
る。

【００５３】◎ 収容室５の内部空間は、前述のように
発熱領域と貯留領域とに無駄なく機能区分される。従っ
て、収容室５の内部を有効利用することが可能となり、
ビスカスヒータ本体の小型化に極めて有利となる。

【００５４】◎ 収容室５内の貯留領域には、ロータ８
の剪断に直接供される以外の粘性流体（シリコーンオイ
ル）を追加収容される。このため、当該収容室５内に多
量の粘性流体を確保することができると共に、発熱領域
と貯留領域とで粘性流体を入れ替え循環させながら、粘
性流体を休ませつつ間欠的に剪断を受けさせることがで
きる。これにより、粘性流体の劣化時期を遅らせてヒー
タの寿命を延ばすことが可能となる。

【００５５】（第２実施形態）第２実施形態のビスカス
ヒータは前記第１実施形態のビスカスヒータと基本的構
成を同じくし、ロータの形状の一部が異なるのみであ
る。従って、第２実施形態のビスカスヒータに関する図
４では第１実施形態と対応する部材等には同じ参照番号
を付して重複説明を回避し、異なる点を中心に説明す
る。

【００５６】図４に示すように、収容室５内において駆
動軸２０上にはロータ８が固定されている。ロータ８
は、前記基端部８ａ及び（第１の）円筒部８ｂの他に、
第２の円筒部８ｃを備えている。第１円筒部８ｂと第２
円筒部８ｃとは駆動軸２０の回動軸線Ａに対して同心円
筒状をなしている。従って、ロータ８の回転に伴い、第
１円筒部８ｂ及び第２円筒部８ｃの各外側周面はそれぞ
れ回動軸線Ａを中心とした半径Ｒ１及びＲ２の回動軌跡
を描く。第２円筒部８ｃを設けたことで、第２円筒部８
ｃの外側周面とハウジング本体１の第１円筒壁１ｂの内
側周面との間にはクリアランスＣ４が形成される。この
クリアランスＣ４は、第１円筒部８ｂの外側周面と第２
ステータ部材４の内周面との間のクリアランスＣ２に等
しく設定されており、第２実施形態における発熱領域の
一部を形成する。

【００５７】このビスカスヒータでは、ロータ８の第１
円筒部８ｂ及び第２円筒部８ｃがそれぞれ第１剪断部及
び第２剪断部に相当し、内側ウォータジャケット６が第
１剪及び第２剪断部の各回動軌跡の間に配置された放熱
室に相当する。第２円筒部８ｃをロータ８に付加したこ
とで粘性流体の剪断作用面の面積が増大する。従って、
ヒータの外形寸法が同じ場合でも、第２実施形態のビス
カスヒータは第１実施形態のビスカスヒータよりも発熱
量を増大させることができる。

【００５８】この第２実施形態では、ロータ８における
主たる剪断部を同心円筒状の二つの円筒部８ｂ，８ｃで
構成したが、かかる同心円筒状の円筒部は三つ以上設け
られてもよい。これにより、ビスカスヒータの更なる発
熱量アップと、収容室５の内部空間の有効利用が図られ
る。また、この場合において、三つ以上の円筒部のそれ
ぞれの間に、前記内側ウォータジャケット６と同様の放
熱室を追加形成することは好ましい。

【００５９】尚、発明の実施の形態は、上記第１及び第
２実施形態に限定されるものではなく、例えば次のよう
に変更することもできる。（変更例）前記第１及び第２実施形態では、ロータ８の
円筒部８ｂの内周面と第１ステータ部材３の外周面との
間のクリアランスＣ１と、円筒部８ｂの外周面と第２ス
テータ部材４の内周面との間のクリアランスＣ２とを同
じ値に設定したが、円筒部８ｂを挟んだ内側のクリアラ
ンスＣ１を外側のクリアランスＣ２よりも大きくしても
よい（Ｃ２＜Ｃ１）。かかるクリアランスＣ１，Ｃ２の
設定によれば、外側のクリアランスＣ２での剪断発熱能
力を高める一方で、内側のクリアランスＣ１での剪断発
熱能力を極力抑制するようにすることもできる。この場
合、内側のクリアランスＣ１では、剪断による発熱能力
よりも内側ウォータジャケット６への放熱能力が相対的
に高まり、発熱領域にあるシリコーンオイルの過熱が防
止される。こうして、発熱領域の局部でのシリコーンオ
イルの過熱劣化が防止され、オイルの長寿命化が図られ
る。

【００６０】（変更例）前記第１及び第２実施形態で
は、ハウジング蓋体２の後端面とロータ８の円盤状基端
部８ａの前端面との間を微少なクリアランスＣ３に設定
して発熱領域の一部としたが、このクリアランスＣ３を
大きくして当該領域では剪断発熱が起こらないようにし
てもよい。この場合でも、クリアランスＣ１，Ｃ２，Ｃ
４の領域での発熱量が相当大きいため、ビスカスヒータ
全体の熱供給能力に与える影響は少ない。

【００６１】（変更例）前記第１及び第２実施形態にお
ける蛇行流通通路Ｐ２（図３参照）に代えて、図５に示
すような流通通路Ｐ３を第１放熱室としての内側ウォー
タジャケット６内に設定してもよい。即ち、第１ステー
タ部材３の内周面側には周方向に沿って延びる複数の突
条３１が設けられている。各突条３１は、ハウジング本
体１の第１円筒壁１ｂの外側周面に密接し、周方向に沿
って行ったり来たり蛇行する流通通路Ｐ３を設定する。
この構成によっても、入側連通孔２１より導入した循環
水を、内側ウォータジャケット６内の全域を円滑に巡ら
せた後に出側連通路２２から導出することができる。

【００６２】（変更例）前記第１及び第２実施形態では
第２ステータ部材４の外周部に螺旋状のリブ４ａを突設
したが、このようなリブ４ａに代えて、第２ステータ部
材４の外周部のほぼ全体に、先端がハウジング本体１の
第２円筒壁１ｃの内周面に接しない多数の放熱フィンを
形成してもよい。この放熱フィンによれば、ハウジング
本体１への不要な熱伝導を極力回避しつつ、粘性流体か
ら循環流体への熱交換を効率的に達成することができ
る。

【００６３】（変更例）図１及び図４のビスカスヒータ
において、プーリ２４と駆動軸２０との間に電磁クラッ
チ機構を採用し、車両エンジン（外部駆動源）の駆動力
を必要に応じて駆動軸２０に選択的に伝達可能としても
よい。この構成によれば、剪断発熱が必要とされない場
合には、クラッチを遮断しておくことで粘性流体の不要
な剪断を回避することができる。

【００６４】（用語の定義）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。

【００６５】

【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、ヒータとしての熱供給量を低
下させずに車両その他の製品への搭載を容易とすること
ができると共に、ロータやヒータ本体の基本的形状（又
はディメンション）の変更に伴って生じ得る問題を解決
して優れた発熱性能を発揮することができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に従うビスカスヒータの
縦断面図。

【図２】図１に示すビスカスヒータの外周側壁部を示す
図。

【図３】内側放熱室の一構成例の概略を示す展開図。

【図４】本発明の第２実施形態に従うビスカスヒータの
縦断面図。

【図５】内側放熱室の別の構成例の概略を示す展開図。

【符号の説明】

１…ハウジング本体、２…ハウジング蓋体、３…第１ス
テータ部材、４…第２ステータ部材、５…収容室（発熱
領域及び貯留領域を内包する）、６…第１放熱室として
の内側ウォータジャケット、７…第２放熱室としての外
側ウォータジャケット（６，７は放熱領域を形成す
る）、８…ロータ、８ａ…円盤状の基端部、８ｂ…第１
剪断部としての第１円筒部、８ｃ…第２剪断部としての
第２円筒部、１６，１７…第１及び第２ポートとしての
入水及び出水ポート、２０…駆動軸、２１，２２…入側
及び出側の連通孔、Ａ…回動軸線、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，
Ｃ４…クリアランス、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…循環流体の流
通経路を構成する流通通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡部孝徳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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に回動可能なロータと粘性
流体とを収容し、当該粘性流体を前記ロータで剪断して
熱を発生させ、この熱を前記ハウジング内に区画された
放熱領域を流れる循環流体に熱交換するビスカスヒータ
において、前記ロータはその回動軸線を包囲するように形成された
剪断部を備えており、前記放熱領域は、前記ロータの回
動に伴う前記剪断部の回動軌跡を挟んで配置された第１
及び第２の放熱室を備えてなるビスカスヒータ。
【請求項２】前記ビスカスヒータは外部駆動源によっ
て回動される駆動軸を備えており、前記ロータは、前記
駆動軸に取り付けられた基端部と、前記駆動軸を包囲す
るように前記基端部より突設された前記剪断部としての
円筒部とを有している請求項１に記載のビスカスヒー
タ。
【請求項３】前記ハウジング内に設けられて前記第１
放熱室を区画形成する第１ステータ部材と、前記ハウジ
ング内に設けられて前記第２放熱室を区画形成する第２
ステータ部材とを備え、前記第１及び第２ステータ部材
の間に前記ロータの剪断部が配置されてなる請求項１又
は２に記載のビスカスヒータ。
【請求項４】前記第１ステータ部材と前記ロータの剪
断部との間のクリアランスと、前記第２ステータ部材と
前記ロータの剪断部との間のクリアランスとを異ならせ
た請求項３に記載のビスカスヒータ。
【請求項５】前記第１ステータ部材を前記第２ステー
タ部材よりもロータの回動軸線寄りに配置すると共に、
前記第１ステータ部材と前記ロータの剪断部との間のク
リアランスを、前記第２ステータ部材と前記ロータの剪
断部との間のクリアランスよりも大きくした請求項４に
記載のビスカスヒータ。
【請求項６】前記ロータ及び粘性流体を収容すべく前
記ハウジング内に設けられた収容室は、前記ロータの剪
断部と前記第１及び第２ステータ部材との間に提供され
る発熱領域と、該発熱領域との間で入れ替え循環される
粘性流体を貯留しておく貯留領域とに機能区分されるこ
とを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のビ
スカスヒータ。
【請求項７】前記第１及び第２の放熱室は相互連通さ
れており、該第１及び第２放熱室内には、前記ハウジン
グに設けられた第１ポートから第２ポートにいたる一続
きの循環流体の流通経路が形成されている請求項１〜６
のいずれか一項に記載のビスカスヒータ。
【請求項８】ハウジング内に回動可能なロータと粘性
流体とを収容し、当該粘性流体を前記ロータで剪断して
熱を発生させ、この熱を前記ハウジング内に区画された
放熱領域を流れる循環流体に熱交換するビスカスヒータ
において、前記ロータはその回動軸線を包囲するように形成された
第１剪断部及び第２剪断部を備えており、前記放熱領域
は前記ロータの回動に伴う前記第１及び第２剪断部の各
回動軌跡の間に配置された放熱室を備えてなるビスカス
ヒータ。
【請求項９】前記ビスカスヒータは外部駆動源によっ
て回動される駆動軸を備えており、前記ロータは、前記
駆動軸に取り付けられた基端部と、前記駆動軸を包囲す
るように前記基端部より突設された前記第１及び第２剪
断部としての二つの同心円筒状の円筒部とを有している
請求項８に記載のビスカスヒータ。
【請求項１０】前記ハウジング内には前記放熱室を区
画形成するステータ部材が設けられている請求項８又は
９に記載のビスカスヒータ。
【請求項１１】前記ロータ及び粘性流体を収容すべく
前記ハウジング内に設けられた収容室は、前記ロータの
第１及び第２剪断部の少なくとも一方と前記ステータ部
材との間に提供される発熱領域と、該発熱領域との間で
入れ替え循環される粘性流体を貯留しておく貯留領域と
に機能区分されることを特徴とする請求項１０に記載の
ビスカスヒータ。
【請求項１２】前記放熱室内には、前記ハウジングに
設けられた第１ポートから第２ポートにいたる一続きの
循環流体の流通経路が形成されている請求項８〜１１の
いずれか一項に記載のビスカスヒータ。