JPH11334345A - 熱発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロータの回動中心付近に滞留しがちな粘性流体
を確実に移動可能として発熱室内での粘性流体の円滑な
循環を確保する。 【解決手段】ハウジング内には発熱室７が区画形成され
るとともに、駆動軸２０及び円筒状ロータ３０が回動可
能に支持されている。ロータ３０の外周面とそれに対向
する発熱室７の内周面との間には円筒状のクリアランス
領域が確保されている。該クリアランス領域を満たすよ
うに発熱室７内には、シリコーンオイル等の粘性流体
（図示略）が入れられる。又、駆動軸２０の内部にはそ
の軸方向に延びる粘性流体用の流通路２１が形成されて
いる。ロータ３０の回転時、粘性流体は前記クリアラン
ス領域において剪断熱を発生するとともに、流通路２１
を経由して発熱室７内を循環する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱発生器に関する。
特に、粘性流体を収容すべくハウジング内に区画形成さ
れた発熱室と、外部からの循環流体を流通させるべく前
記ハウジング内に区画形成された放熱室と、前記発熱室
内において回動可能に支持されるとともに外部駆動源に
よって駆動される駆動軸と、前記発熱室内において前記
駆動軸と共に回動可能に設けられたロータとを備え、前
記発熱室の粘性流体を前記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
輌用の熱発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−２５４６３６号公報は、車輌
用暖房装置に組み込まれる補助熱源としての暖房用温水
加熱器を開示する。この温水加熱器は、粘性流体（例え
ばシリコーンオイル）を収容すべくハウジング内に区画
形成された発熱室と、ハウジングに回動可能に支持され
たシャフト（駆動軸）と、前記発熱室内においてシャフ
ト上に締着されたロータとを備えている。そして、エン
ジンの駆動力でシャフト及びロータを一体回転させ、回
転するロータで粘性流体を機械的に剪断して剪断熱を発
生させ、この熱を発熱室の周囲に設けられたウォータジ
ャケット（放熱室に相当）を流れるエンジン冷却水に熱
交換している。

【０００３】又、前記発熱室の上方にリザーバタンクを
設け、このリザーバタンクと発熱室とを連通路を介して
連通している。その連通路の途中には弁手段を設け、暖
房用温水回路を流れるエンジン冷却水の温度に応じて該
弁手段を開閉制御している。即ち、エンジン冷却水の温
度が低い場合には、弁手段を閉じて発熱室を閉塞状態と
して粘性流体を発熱室に封じ込めてロータの剪断を受け
させ、剪断熱を発生させる。他方、エンジン冷却水の温
度が高くなった場合には、弁手段を開いて発熱室をリザ
ーバタンクに連通し、ロータ回転時の遠心力でもって発
熱室内の粘性流体をリザーバタンクに待避させて発熱室
の粘性流体量を減少させ、剪断発熱を抑制又は禁止して
いる。このように前記暖房用温水加熱器では、弁手段の
開閉制御に基づいて発熱室とリザーバタンクとの間で粘
性流体を適宜移動させることで、当該温水加熱器の発熱
作用を事実上制御（ＯＮ／ＯＦＦ）している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の温水加熱器
において前述のような原理での発熱制御を実現するため
には、発熱室内の粘性流体がロータの遠心作用を受けて
該発熱室から確実に放出される必要がある。

【０００５】しかしながら、遠心力は一般に周速度（即
ち角速度ω×半径ｒ）に依存する。即ち、ロータの回動
中心付近よりもロータの外周部において、より大きな遠
心力が作用する。従って、ロータの外周部と接触する粘
性流体は十分な遠心作用を受けて発熱室からリザーバタ
ンクへ移送され得るが、ロータの中心付近（即ちシャフ
トを取り囲むロータの付け根部分）に滞留又は粘着する
粘性流体には比較的小さな遠心力しか働かず、発熱室か
らリザーバタンクへ移されるには至らない。換言すれ
ば、ロータの中心付近に滞留する粘性流体は、そこから
ほとんど移動することのできない「死にオイル」とも言
うべき状態に陥っている。

【０００６】このように、単に発熱室と他所（リザーバ
タンク）とを連通可能な連通路を設け、回転するロータ
の遠心作用に依拠して発熱室内粘性流体の移動を図ろう
としても、そこには前述のような限界がある。粘性流体
が一部といえども発熱室内に長期間とどまると熱劣化が
進み、剪断作用を受けて発熱するという特性が失われる
傾向にある。

【０００７】このような不都合は、ロータの回転時に発
熱室内で粘性流体の循環移動を生じさせたい場合にも起
こり得る。本発明の目的は、ロータの回動中心付近に滞
留する粘性流体をも確実に移動可能として、発熱室内で
の粘性流体の円滑な移動又は発熱室内での粘性流体の円
滑な循環を可能とする熱発生器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、粘性
流体を収容すべくハウジング内に区画形成された発熱室
と、外部からの循環流体を流通させるべく前記ハウジン
グ内に区画形成された放熱室と、前記発熱室内において
回動可能に支持されるとともに外部駆動源によって駆動
される駆動軸と、前記発熱室内において前記駆動軸と共
に回動可能に設けられたロータとを備え、前記発熱室の
粘性流体を前記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熱発生器にお
いて、前記駆動軸の内部にその軸方向に延びる粘性流体
用の流通路を形成したことを特徴とする。

【０００９】この熱発生器によれば、駆動軸がロータの
回動中心軸となり、この回動中心軸の内部に粘性流体用
の流通路が確保される。従って、発熱室においてロータ
の回動中心近傍にある粘性流体をその駆動軸内流通路に
直接流入させ該流通路を経由して他所に移送したり、あ
るいは、この駆動軸内流通路を経由して他所から移送さ
れてきた粘性流体をロータの回動中心近傍に供給しその
供給圧でロータの回動中心近傍に滞留しがちな粘性流体
を移動させることが可能となる。なお、駆動軸内流通路
はロータの回動軸線にほぼ一致して横たわることになる
ため、ロータ及び駆動軸が高速回転しても、流通路を流
れる粘性流体は大して遠心力の影響を受けず、該流通路
内を円滑に移動することができる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の熱発
生器において、前記駆動軸内の流通路は前記発熱室の剪
断発熱領域とともに前記ハウジング内における粘性流体
の循環経路の一部を構成することを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、熱発生器内に収容され
た粘性流体は、駆動軸内流通路を含んで構成される循環
経路を経由して循環移動することが可能となる。このた
め、特定の粘性流体が発熱室の剪断発熱領域にとどまる
ことが回避される。換言すれば、発熱室の剪断発熱領域
内の粘性流体は常に入れ替えられる。故に、粘性流体が
局部において機械的又は熱的に劣化することが極力回避
され、熱発生器の発熱性能が長期にわたり保持される。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２に記載の熱発
生器において、前記粘性流体の循環経路の一部には更
に、粘性流体を剪断発熱状態から解放して休ませるため
の貯留領域又は貯留室が設けられていることを特徴とす
る。

【００１３】この構成によれば、循環経路を循環する粘
性流体が貯留領域又は貯留室に定期的に進入し、そこに
一定期間だけとどまることで、剪断発熱状態から解放さ
れて休むことができる。それ故、粘性流体は機械的剪断
作用を受けて発熱するという特性を取り戻すことが可能
となり、機械的又は熱的劣化が遅らされる。結果とし
て、熱発生器の発熱性能が長期にわたり保持される。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
か一項に記載の熱発生器において、前記ロータの前端及
び後端と、これらが対向する前記発熱室の前端壁及び後
端壁との間にそれぞれ形成されるロータ前端域及びロー
タ後端域が、少なくとも前記駆動軸内流通路を経由して
連通されていることを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、ロータ前端域とロータ
後端域とを駆動軸内流通路を介して連通することができ
る。このような駆動軸の有効利用により、ロータ前端域
とロータ後端域とを連通させるためにハウジング内に特
別の通路をあえて設ける必要がなくなる。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれ
か一項に記載の熱発生器において、前記ロータは前記駆
動軸上に固定されており、前記駆動軸内の流通路の一端
が前記ロータの付け根付近に開口していることを特徴と
する。

【００１７】駆動軸内の流通路の一端がロータの付け根
付近に開口することで、その付け根付近に滞留しがちな
粘性流体を他所へ移送することが容易となる。又、流通
路の一端（開口端）は駆動軸の外周面に開口するが、ロ
ータの高速回転時でもそのロータの回動中心軸に相当す
る駆動軸の外周面の周速度は大して大きくならない。従
って、周回する開口端とロータ付け根付近の粘性流体と
の相対速度差は十分に小さい。それ故、ロータの高速回
転時においても、ロータ付け根付近の粘性流体が開口端
内にたやすく進入することができ、駆動軸内流通路はそ
の機能を十分に発揮することができる。

【００１８】請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれ
か一項に記載の熱発生器において、前記ロータは略円筒
形状をなしており、その円筒状ロータの外周面及びそれ
に対向する前記発熱室の内周面の少なくとも一方に、ロ
ータ外周面と発熱室内周面との間に形成されるクリアラ
ンス領域に介在する粘性流体を前記ロータの一端部に向
かって移動させるための移送手段が設けられていること
を特徴とする。

【００１９】この構成によれば、略円筒形状のロータの
外周域（クリアランス領域）に存在する粘性流体が移送
手段によってロータの一端部に向かって強制移動され
る。他方、前述したようにロータの回動中心軸となる駆
動軸内には流通路が設けられており、前記移送手段によ
って移送されてきた粘性流体が該流通路に流れ込む。従
って、移送手段による粘性流体の強制移動が圧送力とな
って、流通路内では、移送手段による粘性流体の移送方
向とは逆方向に粘性流体が移送される。

【００２０】なお、この場合の「略円筒形状」とは、ロ
ータがその半径よりも軸長の方が長い円筒形状をなすこ
とをいう。このような円筒状ロータではその外周面が主
たる剪断作用面となって必要な剪断発熱量を確保する。

【００２１】請求項７の発明は、請求項６に記載の熱発
生器において、前記移送手段は、円筒状ロータの外周面
に形成された誘導溝であることを特徴とする。このよう
な誘導溝によれば、移送手段を簡易かつ確実に構成でき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を車輌用暖房装置に
組み込まれる車輌用熱発生器に具体化した第１〜第３実
施形態を図面を参照しつつ説明する。

【００２３】（第１実施形態）図１に示すように、本実
施形態に従う車輌用熱発生器のハウジングは、中央ハウ
ジング１、シリンダブロック２、前部ハウジング５及び
後部ハウジング６によって構成されている。円筒状の中
部ハウジング１内には、螺旋状に延びる一条のリブ２ａ
が突設された略円筒状のシリンダブロック２が圧入され
ている。これら中央ハウジング１及びシリンダブロック
２の前端及び後端には、それぞれ円環状のガスケット
３，４を介して前部ハウジング５及び後部ハウジング６
が接合され、結果としてシリンダブロック２内には発熱
室７が区画形成されている。

【００２４】中央ハウジング１内へのシリンダブロック
２の圧入により、シリンダブロック２の外周面の螺旋状
リブ２ａは中央ハウジング１の内周面に密接する。そし
て、シリンダブロック２の外周面と中央ハウジング１の
内周面との間には、放熱室としてのウォータジャケット
８が区画形成されている。中央ハウジング１の外周部前
端には車輌の暖房回路（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）をウォータジャケット
８に取り入れる第１ポート９Ａが設けられ、一方、中央
ハウジング１の外周部後端には当該ウォータジャケット
８から前記暖房回路へ循環流体を送り出す第２ポート９
Ｂが設けられている。このウォータジャケット８におい
てリブ２ａは、第１ポート９Ａから第２ポート９Ｂにい
たる循環流体の螺旋状流通経路を設定するガイド手段と
して機能する。

【００２５】前部及び後部ハウジング５，６には、軸受
装置１０，１１を介して駆動軸２０が回動可能に支持さ
れている。軸受装置１０，１１の各々がシール付き軸受
けとなっており、前側軸受装置１０が発熱室７の前方を
封止し、後側軸受装置１１が発熱室７の後方を封止して
いる。これにより、発熱室７内に駆動軸２０の主要部を
収納しつつ、発熱室７は液密な内部空間となっている。

【００２６】又、発熱室７内において駆動軸２０上には
ロータ３０が固定され、両者は一体回転可能となってい
る。ロータ３０はアルミニウム合金によって略円筒状に
形成されている。ここで「略円筒状」とは、ロータがそ
の軸線Ｘ（駆動軸２０の軸心と一致）からの半径Ｒより
も軸長Ｌの方が長い形状をなすことをいう。駆動軸２０
及びロータ３０の構造の詳細については後述する。

【００２７】液密な内部空間としての発熱室７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
満たされている。このシリコーンオイルの充填量Ｖf
は、発熱室７の内容積から駆動軸２０及びロータ３０の
占有体積を差し引いた残余体積Ｖc 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（Ｖf ＝０．５Ｖc 〜０．８Ｖc
）。オイルの充填率を１００％としなかったのは、発
熱時のオイル膨張を考慮したものである。なお、この粘
性流体は１万ｃＳｔ（センチストークス）以上の粘度を
有している。

【００２８】前部ハウジング５の前端部には、軸受装置
１２を介してプーリ１３が回動可能に支承されている。
このプーリ１３は、ボルト１４によって駆動軸２０の前
端部（外端部）に固着されている。当該プーリ１３は、
その外周部に巻き掛けられた動力伝達ベルト１５を介し
て外部駆動源としての車輌エンジン１６と作動連結され
ている。従って、ベルト１５を介してエンジン１６の駆
動力によりプーリ１３、駆動軸２０及びロータ３０が一
体回転される。これに伴い、発熱室７内のシリコーンオ
イルが、主としてロータ３０の外周面と発熱室７の内周
面（シリンダブロック２の内周面）との間に形成される
剪断発熱領域としての円筒状クリアランス領域において
剪断されて発熱する。この剪断によって生じた熱は、シ
リンダブロック２を介してウォータジャケット８を流れ
る循環流体に熱交換され、その加熱された循環流体が暖
房回路を介して車室内の暖房等に供される。

【００２９】図２に示すように、ロータ３０は、該ロー
タを駆動軸２０上に固定すべく前部ハウジング５寄りに
設けられた固定部３１と、その固定部３１の周縁部から
後方に向かって延設された円筒部３２とを有している。
円筒部３２の内側周面３２ａは、その半径（又は直径）
がロータ３０の後端に近づくほど大きくなるようなテー
パな形状に形成されている。固定部３１よりも後方で且
つ円筒部３２の内側には、ロータ３０内における粘性流
体の貯留領域３３が確保されている。

【００３０】又、図１に示すように、円筒状ロータ３０
の外周部には、当該ロータの一端部から他端部にわたっ
て当該外周部を斜めに横切って延びる一条又は複数条の
誘導溝３４が形成されている。この誘導溝３４は、好ま
しくはロータ３０の外周部に螺旋状に刻設された螺旋溝
である。ロータ３０の矢印Ａ１方向への回転に伴い、誘
導溝３４は、ロータ３０の外周面と発熱室７の内周面と
の間の円筒状クリアランス領域に存在するシリコーンオ
イルを、ロータ３０の後端から先端に向かって強制移動
させる移送手段として機能する。なお、ロータ外周面と
発熱室内周面との間のクリアランスＣは、数十〜数百μ
ｍ（マイクロメートル）に設定されている。

【００３１】図２に示すように、駆動軸２０内には、そ
の軸線方向に延びる流通路２１が形成されている。この
流通路２１は、駆動軸２０の後端面から前端に向かって
駆動軸本体を穿設することにより形成されているが、当
該流通路２１の形成後はその後端開口域に栓２２を嵌入
して封止している。更に駆動軸２０には、流通路２１の
前端域に位置して駆動軸２０の半径方向に延びる複数の
第１連通孔２３（図２には二つ図示）および流通路２１
の後端域に位置して駆動軸２０の半径方向に延びる複数
の第２連通孔２４（図２には二つ図示）が穿設されてい
る。各第１連通孔２３は、ロータ固定部３１の前端壁の
直近に開口しており、ロータ３０の前端域（ロータ固定
部３１の前端壁と前部ハウジング５との間の狭空間）と
流通路２１の前端域とを連通する。又、各第２連通孔２
４は、流通路２１の後端域と貯留領域３３とを連通す
る。

【００３２】なお、第１実施形態において、前記円筒状
クリアランス領域、ロータ前端域、流通路２１（第１連
通孔２３及び第２連通孔２４を含む）並びに貯留領域３
３は、ハウジング内における粘性流体の循環経路を構成
する。

【００３３】さて、エンジン１６の駆動力を受けてプー
リ１３、駆動軸２０及びロータ３０が一体回転するに伴
い、ロータ３０の外周面と発熱室７の内周面との間の円
筒状クリアランス領域に存在するシリコーンオイルが機
械的剪断を受けて発熱する。これに加えて、ロータ３０
の回転に伴い、前記円筒状クリアランス領域にあるシリ
コーンオイルがロータ３０の前端に向かって流動を開始
し、その結果、発熱室７内でシリコーンオイルの循環移
動が生じる。この点を更に詳細に説明する。なお、熱発
生器はその駆動軸２０及びロータ３０が地面に対して水
平となるように設置されているものとする。

【００３４】ロータ３０が静止した状態ではシリコーン
オイルは自重により発熱室７の下半部に滞留している。
ロータ３０が回転を開始すると、オイルの伸張粘性とオ
イルに働く遠心力との相乗作用により、貯留領域３３の
オイルが前記円筒状クリアランス領域に導かれ短時間の
うちに該クリアランス領域のほぼ全体に行き渡る。

【００３５】ロータ３０が図１の矢印Ａ１方向へ回転す
ると、誘導溝３４の作用により、その溝３４に沿って螺
旋状のオイル流が生じる。このオイル流は主として誘導
溝３４内でのものであるが、溝３４の外側にあるオイル
も、誘導溝３４内でのオイルの流れに引き摺られて同じ
方向に流れようとする。その結果、誘導溝３４の外側で
も同様の螺旋流が生じる。こうして、矢印Ａ１方向に回
転するロータ３０の周囲には、ロータ３０の後端から前
端に向かうオイルの明確な螺旋流が生み出される。換言
すれば、円筒状クリアランス領域のシリコーンオイルが
ロータの後端から前端に向かって強制的に移送される。

【００３６】円筒状クリアランス領域からロータ前端域
（ロータ３０と前部ハウジング５との間の狭空間）には
前記誘導溝３４の作用によって次々とシリコーンオイル
が送り込まれる。このため、ロータ前端域のオイルは、
第１連通孔２３を介して駆動軸２０の流通路２１内に進
入する。そして、流通路２１の後端に設けられた第２連
通孔２４を経由して貯留領域３３に達する。貯留領域３
３に達したオイルは遠心力によってロータ円筒部３２の
内側周面３２ａに張り付くとともに、その内側周面３２
ａのテーパな形状に沿ってロータ３０の後端域に導かれ
る。ロータの後端域に達したオイルは、円筒部３２の後
端縁を経由して前記円筒状クリアランス領域に進入す
る。

【００３７】このように、ロータ３０の回転時、発熱室
７のシリコーンオイルは、ロータ外周の円筒状クリアラ
ンス領域において剪断作用を受けて発熱しながらも、駆
動軸内流通路２１を経由して前記円筒状クリアランス領
域とロータ内部の貯留領域３３との間で入れ替え循環を
繰り返す。

【００３８】（効果）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。 ○ ロータ３０の回転時、発熱室７内シリコーンオイル
は貯留領域３３とロータ外周の円筒状クリアランス領域
との間を循環するので、特定のシリコーンオイルが、主
たる剪断領域たる円筒状クリアランス領域に長期間留ま
ることがない。従って、特定のオイルが長期にわたり機
械的剪断を受けて過熱状態に陥ることがなく、ほぼ全量
のオイルがその剪断発熱特性を長期にわたり維持するこ
とが可能となる。結果として、熱発生器の剪断発熱能力
を長期にわたり維持することができる。

【００３９】○ 駆動軸２０内に流通路２１を形成する
ことで、ロータ前端域から貯留領域３３へのオイル戻し
を円滑化することができる。特に、ロータ前端域のほぼ
中心に位置する駆動軸２０内に流通孔２１を設け、ロー
タ前端域の駆動軸２０周りのオイルをも第１連通孔２３
を介して流通孔２１内に引き込み可能としたので、ロー
タ固定部３１の付け根付近に「死にオイル」が生み出さ
れることがなく、発熱室７内オイルの全体が有効に働
き、オイルの長寿命化が図られる。

【００４０】○ 駆動軸内流通路２１の配置はロータ３
０の回動軸線Ｘとほぼ一致する。即ち、流通路２１内オ
イルはロータの回動軸線Ｘに沿って移動することができ
る。このため、駆動軸２０及びロータ３０がどのような
角速度（回転速度）で回転したとしても、流通路２１内
オイルは遠心力の影響を大して受けない。このため、ロ
ータの角速度にかかわらず、駆動軸２０内でのオイル移
動を円滑化することができる。

【００４１】○ 駆動軸２０はロータ３０の回動中心に
位置している。このため、駆動軸２０及びロータ３０の
角速度（回転速度）が大きくなっても、駆動軸２０の外
周面に開口した各第１連通孔２３の入口部分の周速度は
過大とはならない。それ故、ロータ前端域のシリコーン
オイル（比較的高粘度である）の各第１連通孔２３内へ
の容易な進入を妨げることはない。従って、駆動軸２０
及びロータ３０の高速回転時においても、発熱室７内オ
イル循環を円滑化することができる。

【００４２】○ 駆動軸２０内に流通路２１を形成する
ことで駆動軸２０の軽量化を図ることができる。 （第１実施形態の別例）図３に示すように、第２連通孔
２４を駆動軸２０のほぼ中央、即ちロータ固定部３１の
後端壁の直近に配置してもよい。この場合、ロータ前端
域から駆動軸内流通路２１を経由してきたシリコーンオ
イルが、ロータ固定部３１の後端壁のすぐ近くに流れ出
ることになる。このため、ロータ固定部３１の後端壁の
付け根付近に滞留するオイルが各第２連通孔２４から流
れ出るオイルによって押し流され、貯留領域３３のオイ
ルが万遍なくロータ後端域に移動することができる。

【００４３】（第２実施形態）図４及び図５は本発明の
第２実施形態に従う車輌用熱発生器を示す。この熱発生
器の構成で前記第１実施形態の熱発生器と共通する部分
についての説明は省略し異なる部分のみを説明する。

【００４４】図４に示すように、ロータ３０の外周部に
は一条又は複数条の誘導溝３４が形成されている。但
し、図４の誘導溝３４の傾斜方向（螺旋の向き）は図１
の誘導溝３４とは逆向きとされている。このため、図４
のロータ３０が矢印Ａ１方向へ回転するに伴い、誘導溝
３４は、ロータ３０の外周面と発熱室７の内周面との間
の円筒状クリアランス領域に存在するシリコーンオイル
を、ロータ３０の先端から後端に向かって強制移動させ
る移送手段として機能する。

【００４５】図５に示すように、駆動軸２０には栓２２
及び第２連通孔２４は存在せず、駆動軸内流通路２１の
後端は駆動軸２０の後端面側に開口している。即ち、駆
動軸内流通路２１は、ロータ３０の前端域と、後側軸受
装置１１によって後部ハウジング６内に区画された凹室
２５とを連通している。更にこの凹室２５は、後部ハウ
ジング６内に形成された通路２６を介して、発熱室７内
のロータ後端域と連通している。通路２６の発熱室側端
部は、前記円筒状クリアランス領域の後端にほぼ面する
位置に開口している。

【００４６】さて、ロータ３０が図４の矢印Ａ１方向へ
回転すると、誘導溝３４の作用により、その溝３４の内
外において螺旋状のオイル流が生じる。そして、ロータ
３０の周囲には、ロータ３０の前端から後端に向かうオ
イルの明確な螺旋流が生み出され、円筒状クリアランス
領域のシリコーンオイルがロータの前端から後端に向か
って強制的に移送される。

【００４７】円筒状クリアランス領域からロータ３０の
後端域に導かれたオイルは、遠心力によって発熱室内周
面に張り付くが、そのうちにその後端域に開口した通路
２６内を経由して凹室２５に進入する。又、貯留領域３
３内のオイルも遠心力によって発熱室内周面後端域に導
かれ、通路２６内を経由して凹室２５に進入する。凹室
２５に進入したオイルは駆動軸内流通路２１を後端から
先端に向かって流れ、各第１連通孔２３を介してロータ
前端域（ロータ３０と前部ハウジング５との間の狭空
間）に達する。そして、ロータ円筒部３２の前端縁を経
由して前記円筒状クリアランス領域に進入する。

【００４８】このように、ロータ３０の回転時、発熱室
７のシリコーンオイルは、ロータ外周の円筒状クリアラ
ンス領域において剪断作用を受けて発熱しながらも、通
路２６、凹室２５及び駆動軸内流通路２１を経由して、
前記円筒状クリアランス領域とロータ内部の貯留領域３
３との間で入れ替え循環を繰り返す。

【００４９】この第２実施形態の熱発生器においても、
前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。な
お、第２実施形態において、前記ロータ前端域、円筒状
クリアランス領域、ロータ後端域、貯留領域３３、通路
２６、凹室２５および流通路２１（第１連通孔２３を含
む）は、ハウジング内における粘性流体の循環経路を構
成する。

【００５０】（第２実施形態の別例）図６に示す熱発生
器では、駆動軸２０がその略中央部で太めに形成され、
その中太部内には、流通路２１の内径よりも大きな内径
の貯留室２７が設けられている。換言すれば、駆動軸２
０の軸線方向に延びる流通路２１の途中に貯留室２７が
配設されている。円筒状ロータ３０は、前記中太部を包
み込むように駆動軸２０に対し鋳ぐるみ形成されてい
る。

【００５１】ロータ３０の外周面とそれに対向する発熱
室７の内周面との間には円筒状クリアランス領域が確保
されるとともに、ロータ３０の外周部には図４と同様の
誘導溝３４が刻設されている。従って、ロータ３０の回
転に伴って円筒状クリアランス領域のシリコーンオイル
がロータの前端から後端に向かって移送され、図５の熱
発生器と同様のオイルの入れ替え循環が発熱室７内に発
生する。

【００５２】図６の熱発生器によれば、駆動軸２０内の
貯留室２７が、図５に示す貯留領域３３と同じ役目を果
たす。即ち、貯留室２７は発熱室内オイル循環経路の途
中にあって、シリコーンオイルを前記入れ替え循環のサ
イクルタイムに応じた一定時間だけ滞在させて剪断作用
からオイルを解放する。このため、シリコーンオイルの
劣化時期が遅らされ、熱発生器はその発熱性能を長期に
わたり維持することができる。なお、第２実施形態の別
例において、前記ロータ前端域、円筒状クリアランス領
域、ロータ後端域、通路２６、凹室２５並びに流通路２
１（貯留室２７及び第１連通孔２３を含む）は、ハウジ
ング内における粘性流体の循環経路を構成する。

【００５３】（第３実施形態）図７は本発明を円板状ロ
ータを備えた車輌用熱発生器に具体化した第３実施形態
を示す。この熱発生器は、ほぼ碗形状の前部ハウジング
４１と蓋形状の後部ハウジング４２とを備えている。こ
れらはその内部に前部区画プレート４３及び後部区画プ
レート４４を内装しつつ複数本のボルト４５によって締
結されている。前記部材４１〜４４はこの熱発生器のハ
ウジングを構成する。前部及び後部区画プレート４３，
４４の相互接合によって両者間には発熱室７が区画形成
されている。前部ハウジング４１と前部区画プレート４
３との間には、発熱室７の前側に隣接する放熱室として
の環状の前部ウォータジャケット８Ａが区画形成されて
いる。又、後部ハウジング４２と後部区画プレート４４
との間には、発熱室７の後側に隣接する放熱室としての
環状の後部ウォータジャケット８Ｂと、その後部ウォー
タジャケット８Ｂに取り囲まれた貯留室５０が区画形成
されている。

【００５４】前部ハウジング４１及び前部区画プレート
４３には、軸受装置４６及びシール付き軸受装置４７を
介して駆動軸２０が回動可能に支持されている。シール
付き軸受装置４７は発熱室７の前方を封止する。駆動軸
２０の前端部にはプーリ１３が固着されてエンジン１６
と作動連結されている。他方、駆動軸２０の後端部は後
部区画プレート４４を貫通して貯留室５０内に進入して
いる。

【００５５】駆動軸２０の略中央部には、円板形状のロ
ータ３０が固定されている。ロータ３０の前後端面は主
たる剪断作用面として機能し、各端面とそれに対向する
発熱室内壁面との間には前記第１実施形態と同様のクリ
アランス（剪断発熱領域としてのクリアランス領域）が
確保されている。又、ロータ３０の周縁近傍には、該ロ
ータを前後に貫通する複数のロータ連通孔３５が形成さ
れている。これらロータ連通孔３５は、駆動軸２０の中
心軸線から等距離の位置において駆動軸２０を取り囲ん
で等角度間隔で配置されている。

【００５６】駆動軸２０内には、その軸線方向に延びる
流通路２１が形成されている。又、駆動軸２０には、流
通路２１の前端域に位置して駆動軸２０の半径方向に延
びる複数の第１連通孔２３（図７には二つ図示）および
流通路２１の後端域に位置して駆動軸２０の半径方向に
延びる複数の第２連通孔２４（図７には二つ図示）が穿
設されている。各第１連通孔２３は、ロータ３０の前端
面の直近に開口しており、ロータ３０の前端域（ロータ
前端面とシール付き軸受装置４７との間の狭空間）と流
通路２１とを連通する。又、各第２連通孔２４は、流通
路２１と貯留室５０とを連通する。

【００５７】後部区画プレート４４には、その本体部を
前後に貫通する供給通路としての連通孔４８と、該区画
プレート４４の前面において半径方向に延びるガイド溝
４９とが形成されている。そして、連通孔４８を介して
貯留室５０は、発熱室７（より詳しくはロータ後端面と
後部区画プレート４４との間のロータ後端側クリアラン
ス領域）と連通している。

【００５８】駆動軸内流通路２１及び連通孔４８を介し
て相互に連通する発熱室７と貯留室５０とは、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
（図示略）が所要量（前記第１実施形態参照）入れられ
ている。

【００５９】さて、駆動軸２０及びロータ３０の停止時
において、発熱室７及び貯留室５０におけるシリコーン
オイルの液位は等しい。車輌エンジン１６の起動により
駆動軸２０及びロータ３０が一体回転されるに伴い、シ
リコーンオイルがロータ前後のクリアランス領域の全体
に行き渡るとともに、各クリアランス領域において剪断
されて発熱する。発熱室７で生じた熱は、各区画プレー
ト４３，４４を介して前部及び後部ウォータジャケット
８Ａ，８Ｂを流れる循環流体に熱交換され、加熱循環流
体は暖房回路（図示略）を経て車室内の暖房等に供され
る。

【００６０】ロータ３０の回転に伴い、発熱室７と貯留
室５０との間においてシリコーンオイルの入れ替え循環
が発生する。即ち、貯留室５０内のオイルは、オイルの
自重と該オイルの伸張粘性に起因する回転時ロータのオ
イル引込み作用とに基づき、連通孔４８及びガイド溝４
９を介して発熱室７のロータ後側クリアランス領域に供
給される。このロータ後側クリアランス領域の全体にオ
イルが満たされると、そのオイルは、ロータ連通孔３５
を通ってロータ前側クリアランス領域に進入する。こう
して、発熱室７の全体（ロータ前後の両クリアランス領
域の全体）がシリコーンオイルで満たされる。それと同
時に、ロータ前側クリアランス領域に介在するオイルは
逃げ場を求めてロータの中心に向けて移動を開始し、各
第１連通孔２３を介して駆動軸内流通路２１に導かれ
る。そして、そのオイルは、流通路２１及び第２連通孔
２４を経由して貯留室５０に到達する。このように、ロ
ータ３０の回転時には、貯留室５０と発熱室７との間で
シリコーンオイルの入れ替え循環が行われる。

【００６１】なお、連通孔４８の連通断面積は、第２連
通孔２４の各連通断面積の総和よりも大きくなるように
設定されている。従って、駆動軸内流通路２１を経由し
ての発熱室７から貯留室５０へのオイル回収量よりも、
連通孔４８を介しての貯留室５０から発熱室７へのオイ
ル供給量の方が多くなる。それ故、貯留室５０に貯留さ
れていたシリコーンオイルは発熱室７に迅速に供給され
て、発熱室７の両クリアランス領域の全体にオイルが万
遍なく行き渡る。

【００６２】又、発熱室７から貯留室５０に回収された
シリコーンオイルは、入れ替え循環のサイクルタイムに
応じた一定時間だけ貯留室５０に滞在する。発熱室７か
ら回収直後のシリコーンオイルは高温状態にあるが、貯
留室５０での滞在中にその熱量の一部を貯留室５０の区
画部材（後部区画プレート４４）に伝達することで、シ
リコーンオイルは熱を奪われる。その結果、高温のシリ
コーンオイルは除熱されて長時間の熱保持による劣化か
ら守られる。

【００６３】この第３実施形態の熱発生器においても、
前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。な
お、第３実施形態において、前記ロータの前後クリアラ
ンス領域、流通路２１（第１連通孔２３及び第２連通孔
２４を含む）、貯留室５０並びに連通孔４８は、ハウジ
ング内における粘性流体の循環経路を構成する。

【００６４】（その他の別例）本発明の実施形態を以下
のように変更してもよい。 ○ 前記第１及び第２実施形態ではロータ３０の外周面
に誘導溝３４を形成したが、ロータ外周面に誘導溝３４
を設ける代わりに、ロータ外周面と対向する発熱室内周
面側に前記誘導溝３４に相当する誘導溝を形成してもよ
い。この場合でも、その誘導溝によって同様の強制移送
作用を得ることができる。これは、ロータ外周面と発熱
室内周面との間のクリアランスＣが非常に狭いために、
ロータの回転によって相対速度差を生じるロータ外周面
と発熱室内周面とが流体力学的には等価な存在となるこ
とに起因する。

【００６５】○ 駆動軸内流通路２１を駆動軸２０の外
側と連通させる第１連通孔２３及び第２連通孔２４は複
数である必要はなく、それぞれ少なくとも一つ形成され
ていればよい。また、第２連通孔２４、栓２２及び後側
軸受装置１１のシール材を廃止して該軸受装置１１内を
介して貯留領域３３と流通路２１とを連通させてもよ
い。

【００６６】○ 前記各実施形態において、プーリ１３
と駆動軸２０の端部との間に電磁クラッチ機構を配設
し、エンジン１６の駆動力を必要に応じ選択的にロータ
３０に伝達可能としてもよい。

【００６７】○ 「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。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように各請求項に記載の熱
発生器によれば、駆動軸内に粘性流体用の流通路を確保
したことで、ロータの回動中心付近に滞留する粘性流体
をも確実に移動可能として、発熱室内での粘性流体の円
滑な移動又は発熱室内での粘性流体の円滑な循環を可能
ならしめることができる。そして、粘性流体の局部的劣
化を極力回避して、熱発生器の発熱性能を長期にわたり
維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に従う熱発生器の縦断面図。

【図２】図１の熱発生器のロータの内部をも示す縦断面
図。

【図３】第１実施形態の別例を示す図２相当の断面図。

【図４】第２実施形態に従う熱発生器の縦断面図。

【図５】図４の熱発生器のロータの内部をも示す縦断面
図。

【図６】第２実施形態の別例を示す図５相当の断面図。

【図７】第３実施形態に従う熱発生器の縦断面図。

【符号の説明】

１…中央ハウジング、２…シリンダブロック、５…前部
ハウジング、６…後部ハウジング（１，２，５及び６は
ハウジングを構成する）、７…発熱室、８，８Ａ及び８
Ｂ…ウォータジャケット（放熱室）、１６…エンジン
（外部駆動源）、２０…駆動軸、２１…流通路、２３…
第１連通孔、２４…第２連通孔、２６…通路、２７…貯
留室、３０…ロータ、３３…貯留領域、３４…誘導溝
（移送手段）、３５…ロータ連通孔、４１…前部ハウジ
ング、４２…後部ハウジング、４３…前部区画プレー
ト、４４…後部区画プレート（４１，４２，４３及び４
４はハウジングを構成する）、５０…貯留室、Ｌ…軸
長、Ｒ…半径。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 辰幸 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】 粘性流体を収容すべくハウジング内に区
   画形成された発熱室と、外部からの循環流体を流通させ
   るべく前記ハウジング内に区画形成された放熱室と、前
   記発熱室内において回動可能に支持されるとともに外部
   駆動源によって駆動される駆動軸と、前記発熱室内にお
   いて前記駆動軸と共に回動可能に設けられたロータとを
   備え、前記発熱室の粘性流体を前記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
   換する熱発生器において、 前記駆動軸の内部にその軸方向に延びる粘性流体用の流
   通路を形成したことを特徴とする熱発生器。
2. 【請求項２】 前記駆動軸内の流通路は前記発熱室の剪
   断発熱領域とともに前記ハウジング内における粘性流体
   の循環経路の一部を構成することを特徴とする請求項１
   に記載の熱発生器。
3. 【請求項３】 前記粘性流体の循環経路の一部には更
   に、粘性流体を剪断発熱状態から解放して休ませるため
   の貯留領域又は貯留室が設けられていることを特徴とす
   る請求項２に記載の熱発生器。
4. 【請求項４】 前記ロータの前端及び後端と、これらが
   対向する前記発熱室の前端壁及び後端壁との間にそれぞ
   れ形成されるロータ前端域及びロータ後端域が、少なく
   とも前記駆動軸内流通路を経由して連通されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱発
   生器。
5. 【請求項５】 前記ロータは前記駆動軸上に固定されて
   おり、前記駆動軸内の流通路の一端が前記ロータの付け
   根付近に開口していることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか一項に記載の熱発生器。
6. 【請求項６】 前記ロータは略円筒形状をなしており、
   その円筒状ロータの外周面及びそれに対向する前記発熱
   室の内周面の少なくとも一方に、ロータ外周面と発熱室
   内周面との間に形成されるクリアランス領域に介在する
   粘性流体を前記ロータの一端部に向かって移動させるた
   めの移送手段が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熱発生器。
7. 【請求項７】 前記移送手段は、円筒状ロータの外周面
   に形成された誘導溝であることを特徴とする請求項６に
   記載の熱発生器。