(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に互いに隣接する発熱室及び放熱室を形成するハウジングと、前記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、前記発熱室内で前記駆動軸により回転されるロータと、相対向する前記発熱室の内壁面と前記ロータの作用面との間に介在されて前記ロータの剪断作用により発熱する粘性流体とを備えたビスカスヒータにおいて、
前記ロータの作用面及び前記発熱室の内壁面の少なくとも一方の最大粗度（Ｒｍａｘ  ）が、前記ロータ作用面と前記発熱室内壁面との間の設定間隔の１％〜１０％の範囲にあることを特徴とするビスカスヒータ。
【請求項２】
前記ロータの作用面及び前記発熱室の内壁面の少なくとも一方の十点平均粗さが２５Ｒｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載のビスカスヒータ。
【請求項３】
前記ロータは円板形状をなしており、前記ロータの作用面は当該円板の表面及び裏面である請求項１又は２に記載のビスカスヒータ。
【請求項４】
ビスカスヒータの駆動軸に作動連結されて用いられるロータであって、粘性流体を剪断する作用面の最大粗度（Ｒｍａｘ  ）が、当該ロータがビスカスヒータの発熱室内に配置された場合における当該発熱室の内壁面と当該ロータの作用面との間の設定間隔の１％〜１０％の範囲にあるビスカスヒータ用のロータ。
【請求項５】
ビスカスヒータの駆動軸に作動連結されて用いられるロータであって、粘性流体を剪断する作用面の十点平均粗さが２５Ｒｚ以下であるビスカスヒータ用のロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動軸に作動連結されたロータを回転させ、ロータによる粘性流体の剪断作用に基づいて熱を発生するビスカスヒータに関する。特に、ビスカスヒータの発熱室の内壁面と、その発熱室内に配置されるロータの作用面の改良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外部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。当該ロータは、ハウジング内に区画された発熱室内に収納され、その発熱室内壁面とロータの外面との間の僅かな間隙に介在される粘性流体を自らの回転によって剪断する。この剪断作用により粘性流体に熱を発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ビスカスヒータの車両への搭載を容易とするために、ビスカスヒータの一層のコンパクト化が求められている。だがその一方で、発熱性能の低下は許されず、そのため、ビスカスヒータの発熱効率の改善が求められている。かかる問題意識の下に本件発明者らは鋭意研究を重ね、発熱室内で相対向する発熱室内壁面とロータの作用面との間の間隔及びそれら対向面の面粗度が、ビスカスヒータの発熱性能に与える影響に関する一定の知見を得た。
【０００４】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、効率的な発熱を可能とするビスカスヒータと、そのビスカスヒータに用いられるロータを提供することにある。
【０００５】
尚、本件発明者らが知る限り、この出願以前において、ビスカスヒータにおけるロータ作用面等の適正な面粗度は、詳細に解析されていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜３に記載の発明では、ビスカスヒータにおけるロータの作用面及び発熱室の内壁面の少なくとも一方の最大粗度（Ｒｍａｘ  ）を、ロータ作用面と発熱室内壁面との間の設定間隔の１％〜１０％の範囲内に設定している。更に、より好ましくは、ロータ作用面及び発熱室内壁面の少なくとも一方の十点平均粗さを２５Ｒｚ以下に設定している。
【０００７】
このように、発熱室内において粘性流体を介在して相対向するロータ作用面及び発熱室内壁面の少なくとも一方の面粗度を、上記のように、両対向面間の理想の設定間隔に対して十分に小さい一定の狭範囲内の値に設定することにより、当該対向面の必要な平滑性が担保される。その結果、ロータ作用面と発熱室内壁面との対向領域のほぼ全体にわたり、両対向面間の間隔が部分的にしろ前記理想の設定間隔をあまり逸脱しなくなり、当該対向領域にあるロータ作用面及び発熱室内壁面の全面を、粘性流体の剪断発熱に十分に貢献し得る有効対向面とすることができる。ここで、設定間隔とは、ロータ作用面と発熱室内壁面との距離が当該ロータの前後において均等になるように配置した場合における両者間の間隔をいう。
【０００８】
前記最大粗度（Ｒｍａｘ  ）は、ロータ作用面と発熱室内壁面との間の設定間隔の１％〜１０％、より好ましくは、１％〜３％の範囲内に設定する必要がある。Ｒｍａｘ  を設定間隔の１％未満とするためにはロータの作用面をラッピング加工する必要が生じ、加工コストの高騰及び作業工程の長大化を招くので実際的でない。一方、Ｒｍａｘ  を設定間隔の１０％超えとすると、ロータ作用面及び発熱室内壁面の全面を有効対向面とすることができず、剪断作用による発熱効率が低下するおそれがある。また、ロータ作用面及び発熱室内壁面の少なくとも一方の十点平均粗さを２５Ｒｚより大きくした場合も、ロータ作用面及び発熱室内壁面の全面を有効対向面とすることができず、剪断作用による発熱効率が低下するおそれがある。
【０００９】
尚、請求項４及び５に記載の発明は、上記面粗度の条件に合致した作用面を有するロータであり、上述した発熱室内での使用条件を充足するように使用される限り、ビスカスヒータの発熱効率の改善に貢献する。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、循環流体としての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。
【００１３】
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２ａ、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内における循環水の循環経路を形成している。
【００１４】
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１２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。
【００１５】
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ンオイルが充填されており、発熱室７の内壁面７ａと、ロータ１３の作用面１３ｂとの間隙には、シリコンオイルが介在されている。ロータ１３は円板形状をしているため、その円板の表面及び裏面が主として粘性流体を剪断する作用面１３ｂとしての役割を果たす。この実施形態において、ロータ１３の表裏各作用面１３ｂの面粗度は、十点平均粗さで２５Ｒｚ以下に設定され、また、最大粗度（Ｒｍａｘ  ）では前記発熱室内壁面７ａと当該ロータ作用面１３ｂとの間の理想の設定間隔Ｃの１％〜１０％の範囲内に設定されている。尚、理想の設定間隔Ｃは、通常、２００〜２５０ミクロン（μｍ）に設定される。
【００１６】
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、また駆動軸１２と共にロータ１３も一体回転される。これに伴い、シリコンオイルが発熱室内壁面７ａとロータ作用面１３ｂ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。
【００１７】
一般にロータ作用面１３ｂと発熱室内壁面７ａとの面間隔が狭いほど、剪断による発熱効率がよくなる傾向にある。しかしながら、ロータ作用面１３ｂの表面が粗すぎると、前記両対向面７ａ，１３ｂ間において、理想の設定間隔Ｃを大きく超える部位を部分的にしろ生じさせることになる。このように面間隔が部分的に広い部位があると、理想の設定間隔Ｃを保つべきロータ１３と発熱室７との有効対向面積が、事実上目減りする結果となる。すると、ロータ作用面１３ｂの面積の割には、剪断による発熱効率が低いということになる。
【００１８】
これに対し、本発明では、ロータ作用面１３ｂの面粗度を上述のように低い値としたので、表面粗さがロータ作用面１３ｂと発熱室内壁面７ａとの間の面間隔に影響を及ぼす度合いは限りなく小さくなる。従って、ロータ作用面１３ｂのほぼ全面積を発熱室内壁面７ａとの有効対向面とすることができる。
【００１９】
以下に、この実施形態の効果について列挙する。
（イ）ロータ作用面１３ｂの面粗度を上記好適範囲に設定することにより、ロータ作用面１３ｂのほぼ全面積を発熱室内壁面７ａとの有効対向面とすることができ、結果としてロータの剪断作用による発熱効率を高めることができる。
【００２０】
（ロ）ロータ作用面１３ｂの面粗度を上述のような一定の狭い範囲内に収めることとしたため、ロータの製造ロットによって、ロータ作用面１３ｂと発熱室内壁面７ａとの有効対向面積に大きなバラ付きを生じなくなる。故に、本発明によれば、品質（発熱性能）の安定したロータを大量生産することが容易となる。
【００２１】
（ハ）発熱室内壁面７ａと対向するロータ作用面１３ｂを極めて平滑にしたので、発熱室内壁面７ａとロータ作用面１３ｂとの間に粘性流体が進入し易い。このため、発熱室７内での粘性流体の循環が円滑となり、ビスカスヒータの製造時における発熱室７内への粘性流体の充填時間を短縮することができる。
【００２２】
（ニ）また、発熱室７内の粘性流体量を調整して発熱能力を可変とするビスカスヒータに本発明を適用した場合には、当該発熱室７内における粘性流体の移動が円滑に行われることから、制御性を向上させることができる。
【００２３】
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）ロータの作用面１３ｂと対向する発熱室の内壁面７ａの面粗度を、上記と同様に、十点平均粗さで２５Ｒｚ以下に、また、最大粗度（Ｒｍａｘ  ）で前記設定間隔Ｃの１％〜１０％の範囲内となるように設定すること。この場合でも前述した（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）のような効果を得ることができる。
【００２４】
（ｂ）円筒状のロータを備えたビスカスヒータに本発明を適用すること。この場合、ロータの作用面は主として当該円筒の外周面となる。この外周面の面粗度を前述の範囲に設定してもよい。
【００２５】
（ｃ）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、本明細書で使用した技術用語は次のように定義される。
【００２６】
「最大粗度（Ｒｍａｘ  ）」とは、被測定物の断面曲線から所定の基準長区間を抜き取り、その区間における最大高さを求め、これをミクロン単位（μｍ）で表したものをいう。この測定法では、きずとみなされる並外れて高い山や谷は考慮の対象から除外される。
【００２７】
「十点平均粗さ（Ｒｚ）」とは、被測定物の断面曲線から所定の基準長区間を抜き取り、この区間において高い方から３番目の山頂と深い方から３番目の谷底をそれぞれ通る２本の平行線の間隔を測定し、これをミクロン単位（μｍ）で表したものをいう。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、特許請求の範囲に記載のビスカスヒータ及びロータによれば、ビスカスヒータの発熱室において相対向するロータ作用面と発熱室内壁面との対向領域のほぼ全体にわたり、当該対向領域にあるロータ作用面及び発熱室内壁面の全面を、粘性流体の剪断発熱に十分に貢献し得る有効対向面とすることができ、その結果として、ビスカスヒータの発熱効率を高めることができる。
【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】
１，６…前部及び後部ハウジング、７…発熱室、７ａ…発熱室内壁面、８…放熱室としてのウォータジャケット、１１…軸受装置、１２…駆動軸、１３…ロータ、１３ｂ…作用面、Ｃ…設定間隔。
【図１】
0003564869.tif 000002