JPH11157325A

JPH11157325A - 車輌用熱発生器

Info

Publication number: JPH11157325A
Application number: JP9326429A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ban; 孝志伴; Tatsuyuki Hoshino; 辰幸星野; Takanori Okabe; 孝徳岡部; Takahisa Saka; 高寿坂
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-15
Also published as: US6042017A; DE19854725A1; DE19854725C2

Abstract

(57)【要約】【課題】車輌用熱発生器において、ロータが起動する際
の負荷トルクを速やかに低減させることでロータ起動の
円滑化を図る。【解決手段】前部ハウジング本体及び両区画プレート
５，６には、発熱室７と貯留室とを相互に連通させる回
収通路２０が形成されている。この回収通路２０は、そ
の連通方向の中心Ｙが、ロータ１４をその軸線方向にお
いて二等分する仮想中心面ＣＰと一致するように設けら
れている。このため、回収通路２０の発熱室７側開口部
は、発熱室７におけるロータ１４の前後クリアランスＬ
１，Ｌ２の各々に対して均等な開口断面積を配する。ま
た、この回収通路２０は、導出溝２３とほぼ真っ直ぐに
一列に並ぶ関係となるように、発熱室７側開口部から貯
留室側開口部にかけて延びている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハウジング内に
区画された発熱室及び放熱室を備え、駆動軸に作動連結
されたロータを、粘性流体を収容した発熱室内で回転さ
せて粘性流体の剪断作用に基づく熱を発生させ、その熱
を放熱室を流れる循環流体に熱交換する車輌用熱発生器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車輌のエンジンの駆動力を利用する熱発
生器として、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第
３８３２９６６号公報（１９９０年４月５日公表のＤＥ
３８３２９６６Ａ１）は、車輌用暖房装置に組み込まれ
る熱発生器としての加熱アセンブリーを開示する。以下
に、該ドイツ語公報のＦＩＧ．２を参照しつつ、そこで
の部材番号を引用しながら、前記加熱アセンブリーの概
要を説明する。

【０００３】この加熱アセンブリーでは、ハウジング
は、その内部に作業空間４８（発熱室に対応）と、この
作業空間４８の半径方向に隣接するリング空間６２（ウ
ォータジャケットに対応）とを備えている。更に、該ハ
ウジングは、貯蔵空間５８（貯留室に対応）を作業空間
４８の前方に隣接して有している。この作業空間４８と
貯蔵空間５８とは、中間壁６０により分離され、かかる
中間壁６０には作業空間４８と貯蔵空間５８とを結ぶ流
体供給用の通口６６及び流体回収用の結合通路６８が形
成されている。通口６６は、バイメタル板バネ７６によ
って揺動制御されるレバー７２によって開閉が可能な通
路であり、この通口６６の開閉によって加熱アセンブリ
ーの発熱能力を調整できるように設定されている。ハウ
ジング後方には駆動軸５２が回転可能に支承されてお
り、この駆動軸５２の一端には作業空間４８内で一体回
動可能な車輪５０（ロータに対応）が固着され、駆動軸
５２の他端には、ベルトプーリ４４が固着されている。
ベルトプーリ４４はベルトを介してエンジンとつながれ
る。作業空間４８及び貯蔵空間５８内には所要量の粘性
流体７８が充填され、相対向する車輪５０の外壁部と作
業空間４８の内壁面との間隙に行き渡るようにしてい
る。

【０００４】エンジンの駆動力が加熱アセンブリーの駆
動軸に伝達されると、駆動軸と共に車輪が作業空間内で
回転し、車輪外壁部と作業空間内壁面との間に介在され
る粘性流体が剪断されて流体摩擦に基づく熱を発生す
る。作業空間で発生した熱は、前記リング空間内を流れ
る冷却媒体（エンジン冷却液）にハウジングの隔壁を介
して熱伝達され、その車輌の熱交換器に供給されて車室
内の暖房に供される。尚、冷却媒体が加熱に必要な温度
に達していないときには、バイメタル板バネはレバーを
前記通口方向に押圧せず、通口は開放状態に維持され
て、貯蔵空間から作業空間への粘性流体の供給が許容さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の車輌用熱発生
器では、車輪（ロータ）を起動させる際の負荷トルクを
いかに低減させるかが主要な技術的課題のひとつとなる
ことを以下に説明する。上記従来の加熱アセンブリーの
場合、当該加熱アセンブリーの運転中にエンジンが停止
されると、車輪の停止にともなって結合通路を介した作
業空間から貯蔵空間への粘性流体の放出は中止されるた
め、作業空間内には相当量の粘性流体が残留することに
なる。その後、車輪を再起動させる場合、作業空間内に
残留する粘性流体が車輪を拘束し、車輪の起動は妨げら
れる。エンジンを起動するためのスタータモータの駆動
力（短時間）に依拠した車輪（ロータ）の回転によっ
て、作業空間に残留する粘性流体を結合通路から貯蔵空
間内へ放出することができればよいが、結合通路の作業
空間側開口部の位置が悪く、作業空間から貯蔵空間への
粘性流体の迅速な移動は容易ではない。こうして加熱ア
センブリーの起動時には、残留粘性流体が車輪を拘束す
る結果、車輪及びベルトを介してエンジンに大きな負荷
トルクが加わる。故に、車輪の起動を強行したときに
は、大きな起動ショックが生じたり、ベルトが空滑りを
起こすおそれがあり、その結果として、異音を生じさせ
たり、加熱アセンブリーの各部の摩耗を早める原因とな
る。

【０００６】本発明の目的は、ロータが起動する際の負
荷トルクを速やかに低減させることでロータの起動を円
滑化し、負荷トルクに起因する異音の発生や部材の早期
摩耗という不都合を極力解消することができる車輌用熱
発生器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
ジング内に区画された発熱室及び放熱室を備え、前記発
熱室内に収容された粘性流体を前記発熱室内に回動可能
に設けられたロータで剪断して熱を発生させ、その熱を
前記放熱室を流れる循環流体に熱交換する車輌用熱発生
器において、前記発熱室は、前記ロータの外周面と対向
する周壁を備えており、前記ハウジング内には、粘性流
体の貯留室が設けられ、前記ロータの回動によって前記
貯留室と前記発熱室との間で粘性流体の循環を行うべく
該貯留室と前記発熱室とを連通させる回収通路（２０）
及び供給通路（２１）を設け、前記通路の少なくとも回
収通路（２０）の発熱室側開口部は、前記発熱室の周壁
に形成されていることをその要旨とする。

【０００８】この車輌用熱発生器によれば、発熱室と粘
性流体を追加収容する貯留室との間で回収通路及び供給
通路を介した粘性流体の循環流動が達成される。この循
環流動は、特定の粘性流体のみが発熱室における剪断に
よって熱劣化するに到る事態を回避させる。また、各通
路に弁手段が付与されて各通路の連通状態が開閉制御さ
れると、発熱室内の粘性流体量は増減するため、発熱能
力の可変調節が実現される。

【０００９】このように粘性流体の循環流動を支援する
回収通路は、その発熱室側開口部が発熱室の周壁に開口
しているため、ロータの回動に伴う遠心作用等によって
発熱室の周壁に押しやられる粘性流体は、回収通路内へ
スムーズに進入できる。従って、発熱室から貯留室への
粘性流体の回収が迅速化かつ円滑化される。

【００１０】こうした粘性流体の循環流動において、特
にロータ起動時においては、発熱室に残留する粘性流体
が発熱室から貯留室に迅速に放出される。従って、発熱
室での残留粘性流体によるロータの拘束が緩和されるた
め、起動トルクの早期低減が実現される。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の車輌
用熱発生器において、前記ロータは円板形状をなしてお
り、前記回収通路は、その連通軸線（Ｙ）が前記ロータ
をその軸線方向に二等分する仮想中心面（ＣＰ）と一致
するように配置されていることを特徴とする。

【００１２】この構成によれば、回収通路の発熱室側開
口部は、ロータの両端面側領域のそれぞれに対して等分
に開口するため、ロータの両端面側領域の各々から偏り
なく均等に粘性流体を回収する。従って、発熱室から貯
留室へ向かう粘性流体の迅速な流動が支援されると共
に、ロータの両端において流体圧に顕著な差が生じるこ
とを未然に回避してロータの回転を安定化させる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
の車輌用熱発生器において、前記ロータはその前後に端
面を有する円板形状をなしており、そのロータの各端面
と対向する発熱室の内壁面には、一対の導出溝（２３）
が形成され、前記一対の導出溝と前記回収通路とはほぼ
一列に並ぶように設けられていることを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、前記一対の導出溝と前
記回収通路とはほぼ一列に並ぶように設けられ、かかる
一列の並びに沿って発熱室内の粘性流体が回収通路内に
スムーズに導かれる。

【００１５】請求項４の発明は、請求項３に記載の車輌
用熱発生器において、前記回収通路の内径（Ｎ）は、前
記一対の導出溝間の距離（Ｋ）にほぼ一致することを特
徴とする。

【００１６】この構成によれば、発熱室の粘性流体は、
ロータの回転に伴い、導出溝に沿ってガイドされながら
回収通路内へ進入する。このとき、前記回収通路の内径
（Ｎ）が前記一対の導出溝間の距離（Ｋ）にほぼ一致し
ていることで、導出溝にガイドされる粘性流体をもれな
く回収通路内へ引き受けることができる。このことはま
た、回収通路の回収能力が、その内径に応じた連通断面
積どおり最大限に発揮されることをも意味する。

【００１７】請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれ
か一項に記載の車輌用熱発生器において、前記供給通路
は、前記回収通路よりも下方に設けられ、該供給通路
は、その連通軸線が前記ロータの仮想中心面（ＣＰ）と
一致するように配置されていることを特徴とする。

【００１８】この構成によれば、供給通路の発熱室側開
口部は、ロータの両端面側領域のそれぞれに対して等分
に開口するため、ロータの両端面側領域の各々に対し
て、偏りなく均等に粘性流体を供給する。従って、貯留
室から発熱室へ向かう粘性流体の流動が迅速化かつ円滑
化されると共に、ロータの両端において流体圧に顕著な
差が生じることを未然に回避してロータの回転を安定化
させる。

【００１９】請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれ
か一項に記載の車輌用熱発生器において、前記貯留室
は、前記発熱室の周壁を挟んで前記ロータの外周面と対
向する位置に設けられていることを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、貯留室と回収通路（及
び供給通路）とを最短の経路でつなぐことができる。ま
た、発熱室の外周域と貯留室とをつなぐ回収通路（及び
供給通路）を直線的に延設することが可能となり、通路
形状に由来する粘性抵抗を低減（最小化）できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した本実施
形態について図１〜図６に基づいて説明する。

【００２２】図１に示すように、車輌用熱発生器の外郭
は前部ハウジング本体１及び後部ハウジング本体２によ
って構成されている。前部ハウジング本体１は、前方
（図示左方）に向かって突出した中空筒状のボス部１ａ
と、該ボス部１ａの基端部から後方に向かって大きく碗
形状に延在した円筒部１ｂとを有している。後部ハウジ
ング本体２は、前記円筒部１ｂの開口側を覆う蓋形状と
されている。両ハウジング本体１，２は、前部ハウジン
グ本体１の円筒部１ｂ内に一対の前部区画プレート５及
び後部区画プレート６を内装しつつ、複数本のボルト３
（本実施形態では６本、図２参照）によって締結されて
いる。

【００２３】前部区画プレート５と後部区画プレート６
とはそれぞれ、その外周部に環状のリム部５ａ，６ａを
有している。これらリム部５ａ，６ａを相互連結される
両ハウジング本体１，２の対向壁面間に挟着することに
より、両ハウジング本体１，２内に両区画プレート５，
６が移動不能に収納されている。また、前部区画プレー
ト５の後端面５ｄはそのリム部５ａに対して凹んだ形状
となっており、両区画プレート５，６の相互接合によっ
て前部区画プレート５の後端面５ｄと後部区画プレート
６の前端面６ｄとの間であって、リム部５ａの内周面５
ｅに囲まれる領域は発熱室７として提供される。

【００２４】このように、車輌用熱発生器のハウジング
は、前部ハウジング本体１、後部ハウジング本体２、前
部区画プレート５及び後部区画プレート６から構成され
ている。これらハウジングの構成部材は、アルミニウム
又はアルミニウム合金から作られている。

【００２５】前部区画プレート５は、その前端側におい
て、その中央部に形成された支持筒部５ｂと、当該支持
筒部５ｂの外側に沿って周方向に延びる同心円弧状に形
成された複数のガイドフィン５ｃとを有している（図６
参照）。前部区画プレート５は、支持筒部５ｂの一部が
前部ハウジング本体１の内壁部と密接するように、前部
ハウジング本体１内に嵌め込まれている。この結果、前
部ハウジング本体１の内壁部と前部区画プレート５の本
体部との間には、発熱室７の前側に隣接する放熱室とし
ての円環状の前部ウォータジャケット８が区画される。
この前部ウォータジャケット８内において、前記リム部
５ａ、支持筒部５ｂ及びガイドフィン５ｃは、循環流体
としての循環水の流れをガイドするガイド壁の役目を果
たし、前側放熱室内における循環水の流通経路を設定す
る。

【００２６】図１及び図６に示すように、後部区画プレ
ート６は、その後端側において、その中央部に形成され
た筒部６ｂと、当該筒部６ｂの外側に沿って周方向にの
びる同心円弧状に形成された複数のガイドフィン６ｃと
を有している。後部区画プレート６が前部区画プレート
５と共に前部ハウジング本体１内に嵌め込まれた状態で
は、後部区画プレート６の筒部６ｂが後部ハウジング本
体２の環状凹部２ａと密接する。この結果、後部ハウジ
ング本体２と後部区画プレート６の本体部との間には、
発熱室７の後側に隣接する放熱室としての円環状の後部
ウォータジャケット９が区画される。この後部ウォータ
ジャケット９内において、前記リム部６ａ，筒部６ｂ及
びガイドフィン６ｃは、循環流体としての循環水の流れ
をガイドするガイド壁の役目を果たし、後側放熱室内に
おける循環水の流通経路を設定する。

【００２７】また、図１に示すように、後部ハウジング
本体２の後壁部には、車輌内に設けられた暖房回路（図
示略）から前部及び後部ウォータジャケット８，９の各
々に循環水を取り入れる入水ポートＩＰと、前部及び後
部ウォータジャケット８，９から循環水を前記暖房回路
に送り出す出水ポートＯＰとが並設されている。

【００２８】図１に示すように、前部ハウジング本体１
及び前部区画プレート５には、軸受け１１，１２を介し
て駆動軸１３が回動可能に支承されている。軸受け１
１，１２はそれぞれシール付きの軸受装置である。軸受
け１１は、前部区画プレート５の支持筒部５ｂの内周面
と、駆動軸１３の外周面との間に介在され、発熱室７の
前方を封止している。また、軸受け１２は、後部区画プ
レート６の筒部６ｂの内周面と、駆動軸１３の外周面と
の間に介在され、発熱室７の後方を封止している。

【００２９】図１及び図２に示すように、駆動軸１３上
には、発熱室７内に収容される円板形のロータ１４が一
体回転可能に固定されている。ロータ１４の前後端面
（剪断作用面）及び外周面１４ｂ（ロータ１４の前後端
面以外のところ）と、これらに対向する発熱室７の内壁
面（前部区画プレート５の後端面５ｄ、後部区画プレー
ト６の前端面６ｄ及び前部区画プレート５のリム部５ａ
の内周面５ｅ）との間には微少なクリアランスが形成さ
れており、例えば数十〜数百ミクロン（μｍ）の範囲で
ある。尚、前部区画プレート５の後端面５ｄとロータ１
４の前端面との間のクリアランスＬ１、及び、後部区画
プレート６の前端面６ｄとロータ１４の後端面との間の
クリアランスＬ２は、同じ幅に設定されている（Ｌ１＝
Ｌ２）。また、ロータ１４の周縁近傍には前後に貫通す
る複数のロータ連通孔１４ａが形成されている。これら
ロータ連通孔１４ａは、駆動軸１３の中心軸線から等距
離の位置において、駆動軸１３を取り囲んで等角度間隔
にて配置されている。

【００３０】駆動軸１３の前端部にはボルト１５によっ
てプーリ１６が固着されている。プーリ１６はその外周
部に巻き掛けられるＶベルト１７を介して、外部駆動源
としての車輌のエンジンＥと駆動連結される。このエン
ジンＥは、起動用のスタータモータを備えている。

【００３１】本実施形態の車輌用熱発生器では、図２に
示すように、前部ハウジング本体１には発熱室７の周壁
と対向する位置に貯留室１０が設けられる。この貯留室
１０は、前部ハウジング本体１に形成された凹室（１
０）を後部ハウジング本体２で塞ぐことによって現出さ
れる。かかる貯留室１０には後述するように粘性流体が
収容されるが、この粘性流体の液面と発熱室７の最底域
との間に高低差を作り出すために当該貯留室１０は、全
体として駆動軸１３の回動軸線Ｘよりもやや上方に配置
されている。尚、発熱室７の周壁とは、前部区画プレー
ト５のリム部５ａの内周面５ｅを有する壁である。

【００３２】図２〜図４に示すように、前部ハウジング
本体１及び両区画プレート５，６には、発熱室７と貯留
室１０とを相互に連通させる回収通路２０及び供給通路
２１が形成されている。これら回収通路２０及び供給通
路２１は、前部ハウジング本体１に穿設される部分と、
前部区画プレート５に設けられるほぼ断面円形状の凹部
を後部区画プレート６に設けられる窪み部で塞ぐことに
より現出される部分とが結ばれることによって構成され
ている。

【００３３】図３に示すように、回収通路２０は、その
連通方向の中心Ｙ（連通軸線）が、ロータ１４をその軸
線方向において二等分する仮想中心面ＣＰ（即ち、ロー
タ１４の前後端面の中間位置）と一致するように設けら
れている。このため、回収通路２０の発熱室７側開口部
は、発熱室７におけるロータ１４の前側クリアランスＬ
１とロータ１４の後側クリアランスＬ２のそれぞれに対
して均等な開口断面積を配する。また、この回収通路２
０は、後述する導出溝２３とほぼ真っ直ぐに一列に並ぶ
関係となるように、発熱室７側開口部から貯留室１０側
開口部にかけて延びている。

【００３４】同様に、供給通路２１も、その連通方向の
中心Ｙ（連通軸線）が、ロータ１４をその軸線方向にお
いて二等分する仮想中心面ＣＰ（即ち、ロータ１４の前
後端面の中間位置）と一致するように設けられている。
（図３参照）。このため、供給通路２１の発熱室７側開
口部は、発熱室７におけるロータ１４の前側クリアラン
スＬ１とロータ１４の後側クリアランスＬ２のそれぞれ
に対して均等な開口断面積を配する。また、供給通路２
１は、その貯留室１０側開口部が発熱室７側開口部より
も上になるように設定されている。

【００３５】更に、図４に示すように、後部区画プレー
ト６の前端面６ｄには、発熱室７のほぼ中心域から周域
に向かって延びる導出溝２３及び導入溝２４が形成され
ている。この導出溝２３は、その周端部が回収通路２０
の発熱室７側開口部の近傍に配置されている。従って、
ロータ１４の回転に伴って、ロータ１４に引きずられた
粘性流体が、導出溝２３に沿って積極的に回収通路２０
の方へ導かれ、発熱室７から貯留室１０へオイル流出が
促される。

【００３６】一方、導入溝２４は、ほぼロータ１４の半
径方向に沿って延びていると共に、その周端部は供給通
路２１の発熱室７側開口部の近傍に配置されている。こ
の導入溝２４は、貯留室１０内の粘性流体を発熱室７の
中心域へ供給する役割を担う。尚、前部区画プレート５
の後端面５ｄにも、前述した後部区画プレート６の前端
面６ｄの場合と同様に、導出溝２３及び導入溝２４が刻
設されている。後端面５ｄの導出溝２３と、前端面６ｄ
の導出溝２３とは、ロータ１４を挟んで相対向する位置
関係にある（図３参照）。同様に、後端面５ｄの導入溝
２４と、前端面６ｄの導入溝２４もロータ１４を挟んで
相対向する位置関係にある。更に、図３に示すように、
断面円形状の前記回収通路２０の内径Ｎは、両区画プレ
ート５，６にそれぞれ設けられた両導出溝２３の最底部
間の距離Ｋに合致している。同様に、断面円形状の前記
供給通路２１の内径においても、両区画プレート５，６
に設けられる各導入溝２４の最底部間の距離に合致す
る。

【００３７】回収通路２０及び供給通路２１を介して相
互に連通する発熱室７と貯留室１０とは、この車輌用熱
発生器のハウジング内において液密な内部空間を形成す
る。この内部空間には、粘性流体としてのシリコーンオ
イルが所要量入れられている。このシリコーンオイルは
粘弾性を有している。シリコーンオイルの量は、その常
温時充填率が前記内部空間内の空き容積に対して、５〜
８割となるように決められている。尚、シリコーンオイ
ルの充填時において、回収通路２０は、貯留室１０内に
貯留されたシリコーンオイルの液位よりも上方に位置
し、供給通路２１は当該液位よりも下方に位置する。

【００３８】図４及び図５に示すように、ハウジング本
体１には第１電磁ソレノイド３０が設けられている。こ
の第１電磁ソレノイド３０は、ハウジング本体１の外周
面側に複数のボルト３１により取り付けられたケース３
２内に収容されている。第１電磁ソレノイド３０は、ケ
ース３２内に配設された第１ソレノイドコイル３３と、
その中心に配設された第１芯棒３４を備えている。この
第１芯棒３４は前部ハウジング本体１に対して、ハウジ
ングの内外方向に摺動可能に取り付けられると共に、そ
の前端部が回収通路２０と対向するように貯留室１０内
に配置されている。第１芯棒３４の前端部の直径は回収
通路２０の開口径（連通断面の直径）よりも大きく設定
されており、当該先端面にて回収通路２０の開口径を絞
り込むようになっている。こうして、第１芯棒３４は、
最大連通位置（図４に示す）と最小連通位置（図５に示
す）との間で切り替え配置可能となっている。また、第
１芯棒３４の前端部とハウジング本体１の内壁部との間
には、第１コイルバネ３５が配設されている。この第１
コイルバネ３５によって第１芯棒３４全体を回収通路２
０に向けて付勢している。尚、第１ソレノイドコイル３
３、第１芯棒３４、第１コイルバネ３５により第１電磁
ソレノイド３０が構成され、この第１電磁ソレノイドは
弁手段の主要部を構成する。

【００３９】ハウジング本体１には第２電磁ソレノイド
４０が設けられている。この電磁ソレノイド４０は、ハ
ウジング本体１の外周面側に複数のボルト４１により取
り付けられたケース４２内に収容されている。電磁ソレ
ノイド４０は、ケース４２内に配設された第２ソレノイ
ドコイル４３と、その中心に配設された第２芯棒４４を
備えている。この第２芯棒４４は前部ハウジング本体１
に対して、ハウジングの内外方向に摺動可能に取り付け
られると共に、その前端部が供給通路２１と対向するよ
うに貯留室１０内に配置されている。第２芯棒４４の前
端部の直径は供給通路２１の開口径（連通断面の直径）
よりも大きく設定されており、当該先端面にて供給通路
２１を閉塞可能となっている。こうして、第２芯棒４４
は、閉塞位置（図４に示す）と連通位置（図５に示す）
との間で切り替え配置可能となっている。また、第２芯
棒４４の前端部とハウジング本体１の内壁部との間に
は、第２コイルバネ４５が配設されている。この第２コ
イルバネ４５によって第２芯棒４４全体を供給通路２１
に向けて付勢している。尚、第２芯棒４４が連通位置に
配されるときの供給通路２１の連通断面積は、第１芯棒
３４が最小連通位置に配されるときの回収通路２０の連
通断面積よりも大きく設定されている。

【００４０】図４は、本実施形態の車輌用熱発生器の制
御構成を模式的に示す。この車輌用熱発生器は、制御装
置５０を自ら内蔵するか、あるいは車輌用熱発生器本体
とは別体化された制御装置５０と接続されている。この
制御装置５０は、発熱室７と貯留室１０との間の粘性流
体の入れ替えに関する制御や、発熱室７内での粘性流体
の残留量管理に関する制御を司る。尚、制御装置５０を
車輌用熱発生器本体から切り離して設ける場合には、車
輌エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）に当該制御装
置５０の機能を併せ持たせてもよい。

【００４１】制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ
及び入出力インターフェイス（いずれも図示せず) を内
蔵したマイクロコンピュータ類似の制御ユニットであ
り、そのＲＯＭには制御プログラムが予め記憶されてい
る。この制御装置５０は、各種センサ群５１と接続され
ている。このセンサ群５１に含まれるセンサの範疇とし
ては、車輌の室内又は室外の気温を検出する温度セン
サ、暖房回路の循環水（エンジン冷却水）の温度を検出
する温度センサ、エンジンの回転数（回転速度）を検出
する回転数センサ、粘性流体の温度を検出する温度セン
サ等があげられる。制御装置５０は、前掲のセンサの範
疇に含まれるものから選択される少なくとも一つと接続
されている。

【００４２】センサ群５１からは温度に関するデータや
エンジン回転数等のデータがアナログ又はデジタルの検
出信号として出力される。制御装置５０は前記センサ群
５１からの信号を入力する。また、制御装置５０は、車
室内に設けられたヒータスイッチ／温度設定器５２とも
接続されて各種の指令や制御情報を入力している。ヒー
タスイッチ／温度設定器５２は、車室に設けられた操作
パネル内に組み込まれており、搭乗者がヒータの作動及
び停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を指令し、又、好みの車室内温
度を設定するための入力装置である。制御装置５０は、
第１及び第２ソレノイドコイル３３，４３と接続されて
おり、制御プログラムに基づいて各ソレノイドコイル３
３，４３への通電制御を行う。

【００４３】次に、この実施形態の車輌用熱発生器の作
用を各場面毎に説明する。（場面１：停止したエンジンＥの起動時）車輌エンジン
が停止（回転数＝０rpm ）している場合には、プーリ１
６、駆動軸１３及びロータ１４も停止している。この状
態では、制御装置５０による各ソレノイドコイル３３，
４３への通電制御は行われず、各コイルバネ３５，４５
の付勢力によって第１芯棒３４は最小連通位置、第２芯
棒４４は閉塞位置に配置される。この場合には、シリコ
ーンオイル（粘性流体）の大部分が、貯留室１０と発熱
室７とに分けて収容されている。スタータモータの駆動
によって車輌エンジンＥが起動すると、プーリ１６、駆
動軸１３及びロータ１４も回転し始めると共に、制御装
置５０は直ちに第１ソレノイドコイル３３へ通電制御を
開始する。

【００４４】即ち、図４に示すように第１ソレノイドコ
イル３３への通電によって電磁力を発生させ、これによ
り第１コイルバネ３５の付勢力に抗して第１芯棒３４を
後退（最大連通位置へ移行）させて回収通路２０の開度
を最大にする。ロータ１４の回転に伴って発熱室７に残
留していたシリコーンオイルは、ロータ１４の回転に引
きずられることで、発熱室７の周壁に沿って流動しつ
つ、一部は導出溝２３へ流れ込む。そして、残留オイル
は、導出溝２３にガイドされたり、また、発熱室７から
直接回収通路２０内へ速やかに流入して行き、貯留室１
０に収容される。このとき、回収通路２０の発熱室７側
開口部は発熱室７の前部クリアランスＬ１と後部クリア
ランスＬ２の双方に対して均等な開口断面積を有してい
る。更に、ロータ１４には前後に貫通するロータ連通孔
１４ａが設けられて前部クリアランスＬ１と後部クリア
ランスＬ２との間で圧力差が生じないため、残留オイル
は両クリアランスＬ１，Ｌ２から偏り無く円滑に回収通
路２０へ流入していく。

【００４５】こうして発熱室７内の残留オイルが回収通
路２０を介して貯留室１０内に回収されるまでは、スタ
ータモータがＯＮ状態になった直後のごく短時間で完了
する。発熱室７内の残留オイルが貯留室１０に収容され
ると、ロータ１４はいわば空回りの状態になるため、ス
タータモータのＯＮ直後には一旦ピークをむかえた負荷
トルクも速やかに軽減される。

【００４６】スタータモータの助けによってエンジンＥ
が始動すると、制御装置５０は、第１ソレノイドコイル
３３への通電を停止して第１芯棒３４を前進させ（最小
連通位置への移行）、回収通路２０の開口断面積を絞り
込む。但し、制御装置５０は、ヒータスイッチ５２がＯ
ＦＦを選択されている限り、何ら制御を行わず現状を維
持する。従って、ロータ１４の剪断作用面と発熱室７の
内壁面とのクリアランスＬ１，Ｌ２にはシリコーンオイ
ルが満たされず、オイル剪断がないので剪断発熱も生じ
ない。

【００４７】（場面２：エンジンＥ起動後のヒータ動
作）車輌エンジンＥの駆動中にヒータスイッチ５２がＯ
Ｎされると、制御装置５０は車輌用熱発生器に発熱動作
をさせるべく、第２ソレノイドコイル４３への通電制御
を開始する。即ち、図５に示すように、制御装置５０
は、第２ソレノイドコイル４３への通電によって電磁力
を発生させ、これにより第２コイルバネ４５の付勢力に
抗して第２芯棒４４を後退（連通位置への移行）させて
供給通路２１を開放する。これにより、貯留室１０内の
シリコーンオイルが発熱室７内に流入を開始する。この
とき、供給通路２１の発熱室７側開口部は、発熱室７の
前部クリアランスＬ１と後部クリアランスＬ２との双方
に対して均等な開口断面積を有しているため、オイルが
貯留室１０からロータ１４の両端面に対して円滑に供給
される。また、貯留室１０内のシリコーンオイルのオイ
ル液面と発熱室７最底域との間には相当の高低差が作り
出されており、かかる高低差に応じた流体圧が貯留室１
０内のシリコーンオイルに作用し、該オイルを発熱室７
へ向かわせる力を生み出す。従って、ロータ１４の回転
に伴うシリコーンオイルの発熱室７内への引き込み作
用、更に、導入溝２４によるオイルのガイド作用とも相
まって、貯留室１０から発熱室７へのオイル流入が迅速
かつ円滑に行われる。こうして、ロータ１４の剪断作用
面と発熱室７の内壁面との微少なクリアランスＬ１，Ｌ
２の全体にオイルが素早く円滑に行き渡る。

【００４８】発熱室７の内壁面とロータ１４の剪断作用
面とのクリアランスＬ１，Ｌ２に満たされたシリコーン
オイルは剪断されて発熱する。発熱室７で生じた熱は、
前部及び後部ウォータジャケット８，９を流れる循環水
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等に供される。

【００４９】（場面３：ヒータ発熱量のフィードバック
制御）駆動中の車輌エンジンＥによってプーリ１６、駆
動軸１３及びロータ１４の回転が維持され、かつ、ヒー
タスイッチ５２がＯＮを選択されている限り、制御装置
５０は、センサ群５１からの各種データを参照しつつ車
室内の気温が温度設定器５２で設定された設定温度付近
となるように、第２ソレノイドコイル４３への通電制御
を介してヒータ発熱量をフィードバック制御する。

【００５０】例えば、車室内の気温が設定温度を下回る
場合、制御装置５０は第２ソレノイドコイル４３への通
電によって第２芯棒４４を後退させ、供給通路２１を開
放したままとする。すると、回収通路２０の開口断面積
は第１芯棒３４によって絞り込まれており、かかる状態
の回収通路２０の開口断面積と開放された供給通路２１
の開口断面積との大小関係のためにオイル回収量よりも
オイル供給量が上回る。こうして、発熱室７内のオイル
量が次第に増大し、ロータ１４の剪断作用面と発熱室７
の内壁面とのクリアランスの全体がシリコーンオイルで
満たされる。こうして、オイルの剪断力が向上し発熱量
も増大傾向となる。

【００５１】他方、ヒータ発熱量等の増大によって車室
内の気温が設定温度を超えた場合には、制御装置５０
は、第２ソレノイドコイル４３への通電を停止して第２
芯棒４４を前進させ、供給通路２１を閉塞する。する
と、貯留室１０から発熱室７へのオイル供給が遮断され
る一方で回収通路２０を介してのオイル回収のみが行わ
れる。このため、発熱室７内のオイル量が次第に減少
し、ロータ１４はあたかも空回り状態に近づき、オイル
の剪断力が低下して発熱量も低下傾向となる。このよう
に、第２芯棒４４による供給通路２１の開閉制御によ
り、発熱量が可変調節される。

【００５２】ところで、エンジンＥの駆動中にヒータス
イッチ５２がＯＦＦされた場合、制御装置５０は、第２
ソレノイドコイル４３への通電を停止して第２芯棒４４
により供給通路２１を閉塞する。そして、回収通路２０
を介して発熱室７から貯留室１０にオイルの相当量を収
容させ、ロータ１４による剪断発熱を事実上中断させ
る。

【００５３】（場面４：エンジンＥの停止及び再起動
時）エンジンＥが停止されると、プーリ１６、駆動軸１
３及びロータ１４も同時に停止する。エンジンＥの停止
（ロータ１４の停止）にもかかわらず、その時点でヒー
タスイッチ５２がＯＮ状態にある場合には、制御装置５
０は第２ソレノイドコイル４３への通電を停止して第２
芯棒４４により供給通路２１を閉塞する。その時点で発
熱室７内で剪断作用に供されていたシリコーンオイル
は、そのまま発熱室７内に残留する。

【００５４】その後、エンジンＥが再起動される場合で
は、前記場面１で説明したように、発熱室７内の残留オ
イルは、ロータ１４の回転始動（即ち、スタータモータ
のＯＮ）から短時間のうちに貯留室１０に収容されるた
め、プーリ１６、駆動軸１３及びロータ１４を起動させ
るための負荷トルクが一旦ピークに達した後、速やかに
低減される。

【００５５】本実施形態の車輌用熱発生器は、次に掲げ
るような利点を有する。 ○ 回収通路２０の発熱室７側開口部は、ロータ１４の
外周面１４ｂの中心を指向すると共に、発熱室７の前部
クリアランスＬ１と後部クリアランスＬ２の双方に対し
て均等な開口断面積を有するように構成されている。そ
れ故、ロータ１４の回転始動時には発熱室７に残留する
シリコーンオイルが発熱室７の両クリアランスＬ１，Ｌ
２から偏り無く円滑に回収通路２０へ流入され、発熱室
７の残留オイルをスタータモータＯＮ後の短時間のうち
に回収通路２０を介して貯留室１０へ収容することが可
能となる。従って、残留オイルによるロータ１４の拘束
が速やかに緩和され、停止したプーリ１６、駆動軸１３
及びロータ１４を起動するための負荷トルクの速やかな
低減を実現することができる。故に、エンジンＥの再起
動時に過大な起動ショックは起こらず、異音の発生や部
材の早期摩耗という事態も回避される。

【００５６】○ 供給通路２１の発熱室７側開口部は、
ロータ１４の外周面１４ｂの中心を指向すると共に、発
熱室７の前部クリアランスＬ１と後部クリアランスＬ２
の双方に対して均等な開口断面積を有するように構成さ
れている。このため、ヒータの作動開始時には貯留室１
０に滞在するシリコーンオイルを供給通路２１から発熱
室７の両クリアランスＬ１，Ｌ２へ向けて偏り無く円滑
に流入させることができる。従って、熱発生の立ち上が
りを迅速なものとすることができる。

【００５７】○ 前部区画プレート５の後端面５ｄ及び
後部区画プレート６の前端面６ｄには、発熱室７の中心
域から周域に延びる導出溝２３が形成されると共に、こ
の導出溝２３と回収通路２０とをほぼ一列に並ぶ関係と
した。従って、ロータ１４の回転始動時において、発熱
室７に残留するシリコーンオイルを当該導出溝２３がガ
イドすることで回収通路２０へのオイル流入を円滑かつ
迅速なものとすることができる。

【００５８】○ 前部区画プレート５の後端面５ｄ及び
後部区画プレート６の前端面６ｄには、発熱室７の中心
域から周域に延びる導入溝２４が形成されている。かか
る導入溝２４の周端部は、供給通路２１の発熱室７側開
口部の近傍に配される。従って、ヒータの作動開始時に
おいて貯留室１０に滞在するシリコーンオイルを当該導
入溝２４がガイドするため、発熱室７の中央域へのオイ
ル流入を円滑かつ迅速なものとすることができる。

【００５９】○ 回収通路２０の内径Ｎは、導出溝２３
間の距離Ｋに一致している。このため、導出溝２３にガ
イドされ移動するシリコーンオイルをもれなく回収通路
２０内へ引き受けることができる。従って、特に、ロー
タ１４の回転始動時には、導出溝２３に沿ってガイドさ
れる粘性流体を迅速かつ円滑に貯留室１０に送り込ませ
ることができる。

【００６０】○ 貯留室１０は発熱室７の周壁に対向す
ると共に、全体として駆動軸１３の回動軸線Ｘよりもや
や上方に配置されている。このため、発熱室７に収容さ
れるシリコーンオイルの液面と発熱室７の最底域との間
の高低差をより大きく確保することができる。従って、
供給通路２１を介した貯留室１０から発熱室７へのオイ
ル流入を円滑化かつ迅速化させることができる。

【００６１】（変更例）上記実施形態を次のように変更
することも可能である。 ○ 上記実施形態の場面２において、供給通路２１を開
放した直後の一定期間、第２芯棒４４に粘性流体の圧送
を目的とする連続的な往復動（ポンピング動作）を行わ
せるようにしてもよい。即ち、第２ソレノイドコイル４
３への最初の通電の直後にこの通電を停止し、再び通電
するということを繰り返す。このようにして、制御装置
５０が制御プログラムに定める所定回数（例えば、２〜
１０回）だけ第２ソレノイドコイル４３への通電・遮断
を繰り返すことで、第２芯棒４４が複数回にわたり進退
を繰り返す。このように構成すれば、この第２芯棒４４
の連続的な往復動によって、貯留室１０に収容されるシ
リコーンオイルを供給通路２１を介して発熱室７へ積極
的に圧送することができる。従って、更に迅速な貯留室
１０から発熱室７へのオイル流入を実現することができ
る。

【００６２】○ 各芯棒３４，４４はそれぞれ各電磁ソ
レノイド３０，４０によって駆動されていたが、これ
を、例えば油圧や空気圧に変更してもよい。このように
構成しても上記実施形態と同様の効果を得ることができ
ると共に、各芯棒３４，４４をハウジングの内外方向に
摺動させることができる。

【００６３】○ プーリ１６と駆動軸１３との間に電磁
クラッチ機構を採用し、車両エンジンＥの駆動力を必要
に応じて駆動軸１３に選択的に伝達可能としてもよい。
このように構成すれば、必要に応じて駆動伝達を遮断す
ることができるため、発熱室７内でのシリコーンオイル
の剪断作用を抑制することができる。このため、過剪断
に起因するシリコーンオイルの過熱劣化を遅らせること
が可能になる。

【００６４】（用語の定義）「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車
輌用熱発生器によれば、ロータが起動する際の負荷トル
クを速やかに低減させることでロータの起動を円滑化
し、負荷トルクに起因する異音の発生や部材の早期摩耗
という不都合を極力解消することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に従う車輌用熱発生器の縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図。

【図３】図４のＤ−Ｄ線矢印方向から見た溝及びロータ
の概要を示す部分断面図。

【図４】図１のＢ−Ｂ線における断面図で、ロータ始動
時を示す。

【図５】図４相当の断面図で、ロータ高速回転時を示
す。

【図６】図１のＣ−Ｃ線における破断断面図。

【符号の説明】１…前部ハウジング本体、２…後部ハウジング本体、５
…前部区画プレート、６…後部区画プレート（１，２，
５，６はハウジングを構成する）、５ｅ…内周面（発熱
室周壁を構成する）、５ｄ…後端面、６ｄ…前端面（５
ｄ，６ｄは発熱室内壁面を構成する）、７…発熱室、８
…放熱室としての前部ウォータジャケット、９…放熱室
としての後部ウォータジャケット、１０…貯留室、１４
…ロータ、１４ｂ…外周面、２０…回収通路、２１…供
給通路、２３…導出溝、２４…導入溝、Ｙ…連通軸線
（回収通路）、ＣＰ…ロータをその軸線方向に二等分す
る仮想中心面、Ｋ…一対の導出溝間の距離、Ｎ…回収通
路の内径。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂高寿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】ハウジング内に区画された発熱室及び放
熱室を備え、前記発熱室内に収容された粘性流体を前記
発熱室内に回動可能に設けられたロータで剪断して熱を
発生させ、その熱を前記放熱室を流れる循環流体に熱交
換する車輌用熱発生器において、前記発熱室は、前記ロータの外周面と対向する周壁を備
えており、前記ハウジング内には、粘性流体の貯留室が設けられ、
前記ロータの回動によって前記貯留室と前記発熱室との
間で粘性流体の循環を行うべく該貯留室と前記発熱室と
を連通させる回収通路（２０）及び供給通路（２１）を
設け、前記通路の少なくとも回収通路（２０）の発熱室側開口
部は、前記発熱室の周壁に形成されていることを特徴と
する車輌用熱発生器。
【請求項２】前記ロータは円板形状をなしており、前
記回収通路は、その連通軸線（Ｙ）が前記ロータをその
軸線方向に二等分する仮想中心面（ＣＰ）と一致するよ
うに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
車輌用熱発生器。
【請求項３】前記ロータはその前後に端面を有する円
板形状をなしており、そのロータの各端面と対向する発
熱室の内壁面には、一対の導出溝（２３）が形成され、
前記一対の導出溝と前記回収通路とはほぼ一列に並ぶよ
うに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に
記載の車輌用熱発生器。
【請求項４】前記回収通路の内径（Ｎ）は、前記一対
の導出溝間の距離（Ｋ）にほぼ一致することを特徴とす
る請求項３に記載の車輌用熱発生器。
【請求項５】前記供給通路は、前記回収通路よりも下
方に設けられ、該供給通路は、その連通軸線が前記ロー
タの仮想中心面（ＣＰ）と一致するように配置されてい
ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載
の車輌用熱発生器。
【請求項６】前記貯留室は、前記発熱室の周壁を挟ん
で前記ロータの外周面と対向する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の
車輌用熱発生器。