JP2014005959A - オーガ式製氷機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の磨耗を抑制するとともにギヤードモータの負荷を低減するオーガ式製氷機を提供する。
【解決手段】オーガ式製氷機１００のオーガ３０は、第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５を備える。第２螺旋刃３５の上端３５ａは、第１螺旋刃３４の上端３４ａよりも低い位置にあり、その高低差は第１螺旋刃３４の１周に対応する長さ以上である。
【選択図】図２

Description

この発明はオーガ式製氷機に関し、とくに複数の螺旋刃を有するオーガを備えるものに関する。

オーガ式製氷機のオーガは、シリンダ内周面の氷結片を削り取るための螺旋刃を備える。オーガがギヤードモータによって駆動され、シリンダ内で回転するに伴い、螺旋刃が氷結片を削り取って掻き上げ、これが圧縮され裁断されてチップ状の氷が製氷される。
従来のオーガとしては、１条の螺旋刃を備える１条オーガと、２条の螺旋刃を備える２条オーガとが公知である。１条オーガでは、オーガが１回転するとシリンダ内周面の各点を螺旋刃が１回通過し、２条オーガでは、オーガが１回転するとシリンダ内周面の各点を螺旋刃が２回通過する。特許文献１には、このようなオーガの例が記載されている。

実開平７−３５９６３号公報

しかしながら、１条オーガおよび２条オーガには、以下のような問題があった。
１条オーガでは、同じ高さにおいて螺旋刃が１８０度離隔した位置にないため、ラジアル荷重が大きい。このため、オーガを支持する軸受（たとえば上軸受および下軸受）の磨耗が大きくなる。また、１条オーガでは、撓みによるかじりが生じやすい。
なお、「かじり」とは、螺旋刃の刃先とシリンダ内面とが接触してしまう事象を意味し、かじりが発生すると、それらの接触が金属同士の接触であるメタルコンタクトであるため、正常な製氷運転時に予定される負荷をはるかに上回る負荷が回転機構に作用し、極端な場合、オーガの折れ、ギヤードモータの破損など、機械的な破損が起こる可能性がある。

２条オーガでは、スラスト荷重を合計すると１条オーガよりも大きくなる。これがギヤードモータの出力軸にかかるため、ギヤードモータへのスラスト荷重が大きくなり、ギヤードモータの故障や寿命低下につながる。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、軸受の磨耗を抑制するとともにギヤードモータの負荷を低減するオーガ式製氷機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係るオーガ式製氷機は、複数の螺旋刃を有するオーガを備えるオーガ式製氷機であって、オーガが軸周りに回転することに伴い、複数の螺旋刃は氷を出口に向かう方向に搬送し、第１螺旋刃の出口側端は、第２螺旋刃の出口側端よりも出口側にあり、第１螺旋刃の出口側端と第２螺旋刃の出口側端との軸方向位置の差は、第１螺旋刃の１周に対応する長さ以上である。

第１螺旋刃および第２螺旋刃は、オーガの軸周りに互いに１８０度離れた位置に設けられてもよい。

この発明に係るオーガ式製氷機によれば、複数の螺旋刃を有するのでラジアル荷重が小さく、上端では１周以上の範囲に渡って螺旋刃が１条となるのでスラスト荷重も小さい。したがって、軸受の磨耗を抑制するとともにギヤードモータの負荷を低減することができる。

この発明の実施の形態１に係るオーガ式製氷機の構成を示す概略図である。 図１のオーガの構成を示す図である。 図１のオーガを支持する構成を示す図である。 図１のオーガに関連するラジアル荷重の作用を説明する図である。 図１のオーガに関連するスラスト荷重の作用を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００の構成概略を示す。オーガ式製氷機１００は、製氷筒１０と、製氷筒１０に関連して設けられる冷凍回路２０とを備える。冷凍回路２０は、エバポレータ２１、圧縮機２２、凝縮器２３および膨張弁２４を備える。冷凍回路２０の内部を、矢印Ａの方向に冷媒が循環する。
製氷筒１０は、製氷水を貯留するシリンダ１１を備え、エバポレータ２１はシリンダ１１の外周面に巻き付けられる。

オーガ式製氷機１００はオーガ３０を備える。オーガ３０は、シリンダ１１内に、シリンダ１１の長手軸線と同軸かつ回転可能に設けられる。このオーガ３０の外周面には、螺旋刃が設けられている（螺旋刃の具体的構成については後述する）。シリンダ１１の上方には、圧縮通路４１を有する押圧頭４２が設けられている。圧縮通路４１を有する押圧頭４２はシリンダ１１から氷が押し出される出口を構成する。押圧頭４２の上方にはカッター４３が設けられている。シリンダ１１の下方には、オーガ３０を駆動するモータであるギヤードモータ４４が設けられている。
オーガ３０は、本実施形態では回転軸が鉛直であり、かつ回転に伴って螺旋が上向きに進行する向きに設置されている。

さらに、オーガ式製氷機１００は、その全体を制御する制御部４５（制御手段）を備える。制御部４５はたとえば、マイクロプロセッサと、記憶媒体と、情報表示手段とを含む。また、制御部４５は、圧縮機２２およびギヤードモータ４４の動作を制御する。

次に、実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００の製氷動作について説明する。シリンダ１１はエバポレータ２１によって冷却される。エバポレータ２１を冷却する冷媒は、矢印Ａで示すように、エバポレータ２１から圧縮機２２に流入し、圧縮機２２によって圧縮されて凝縮器２３に送られ、凝縮器２３で凝縮されて膨張弁２４に達し、膨張弁２４で膨張してエバポレータ２１内に流入する。

シリンダ１１内に供給された製氷水は、エバポレータ２１によって冷却され、シリンダ１１の内周面に着氷する。着氷した氷結片はギヤードモータ４４によって回転駆動されるオーガ３０の螺旋刃で削り取られる。氷結片はねじ送り作用により螺旋刃でシリンダ１１上方の圧縮通路４１まで掻き上げられる。圧縮通路４１で氷結片は圧縮され、カッター４３で裁断されてチップ状の氷が製氷される。

図２にオーガ３０の構成を示す。図２（ａ）は上面図すなわちオーガ３０の回転軸３０ａと平行な方向から見た図であり、図２（ｂ）は側面図すなわち回転軸３０ａと垂直な方向から見た図である。オーガ３０は、螺旋刃を備えるオーガ本体３１と、上軸受に支持される上軸部３２と、下軸受に支持される下軸部３３とを備える。

オーガ本体３１には、第１螺旋刃３４と第２螺旋刃３５とが設けられる。第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５は、いずれも一定のピッチＰで、オーガ３０の回転軸３０ａを中心としてオーガ本体３１の周りを回転しながら進行するよう構成される。また、第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５は、回転軸３０ａの周りに互いに１８０度離れた位置に設けられる。すなわち、第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５の互いに対応する部分は、回転軸３０ａに関して対称である。

第２螺旋刃３５の上端３５ａは、第１螺旋刃３４の上端３４ａよりも低い位置にある。上端３４ａと上端３５ａの高低差（すなわち軸方向位置の差）は、ピッチＰ以上であり、すなわち第１螺旋刃３４（または第２螺旋刃３５）の１周に対応する高低差以上である。図２の例では、この高低差は２．５Ｐであり、第１螺旋刃３４の２周半に対応する。

図３に、オーガ３０を支持する構成を示す。オーガ３０の上軸部３２は、上軸受５０を介して製氷筒１０に支持され、オーガ３０の下軸部３３は、下軸受５１を介して製氷筒１０に支持される。また、オーガ３０の下端３０ｂは、ギヤードモータ４４のオーガ支持部４４ａに当接して支持される。このようにして、オーガ３０は、製氷筒１０およびギヤードモータ４４によって回転可能に支持される。

製氷運転において、オーガ３０はシリンダ１１の内周面から氷を剥離させ圧縮する。この剥離および圧縮に伴い、第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５はシリンダ１１の内周面および氷から径方向内側向きの力（ラジアル荷重）を受ける。この力を図３ではラジアル荷重Ｒ１として表す。このラジアル荷重Ｒ１の結果として、オーガ３０から上軸受５０および下軸受５１に対してラジアル荷重Ｒ２が発生する。

また、製氷運転において、オーガ３０は氷を圧縮通路４１（図１）に押し込む。ここで、カッター４３の下の氷の圧力が一定以上にならないと、氷は圧縮通路４１から押し出されない。この氷の圧力が、第１螺旋刃３４の上端３４ａに対し、鉛直下向きの力（スラスト荷重）として作用する。この力を図３ではスラスト荷重成分Ｓ１として表す。このスラスト荷重成分Ｓ１は、オーガ３０を介して、ギヤードモータ４４のオーガ支持部４４ａにスラスト荷重Ｓ３の一部として伝達される。

図４を用いて、ラジアル荷重の作用を説明する。図４（ｂ）は本願発明に係るオーガ３０であり、図４（ａ）は従来の１条オーガであり、図４（ｃ）は従来の２条オーガである。
図４（ａ）に示すように、従来の１条オーガではラジアル荷重Ｒ１が各軸方向位置において１箇所にしか発生しない。また、圧縮通路内の氷による螺旋刃上端へのスラスト荷重からもラジアル荷重成分が発生する（図示せず）。このため、オーガの全体でラジアル荷重が釣り合わず、オーガを撓ませる原因となる。このため上軸受および下軸受に大きなラジアル荷重Ｒ２が発生し、上軸受および下軸受の磨耗が大きくなる。また、撓みによるかじりが発生する。

図４（ｃ）に示すように、従来の２条オーガではラジアル荷重Ｒ１が各軸方向位置において対向する位置に発生し、バランスするので互いに打ち消しあう。したがってオーガの撓みは発生しない。

これらに対し、図４（ｂ）に示すように、本願発明に係るオーガ３０では、一部の軸方向位置（第２螺旋刃３５の上端３５ａより下側の部分）において２条オーガと同様の構成であり、ラジアル荷重Ｒ１が各軸方向位置において対向する位置に発生し、バランスするので互いに打ち消しあう。それ以外の軸方向位置（第２螺旋刃３５の上端３５ａより上側の部分）では１条オーガと同様の構成であり、ラジアル荷重Ｒ１が各軸方向位置において１箇所にしか発生しないので、ラジアル荷重が釣り合わず、オーガ３０は多少撓む可能性がある。しかしながら、釣り合わないラジアル荷重が発生する部分はオーガ本体３１の一部であるため、ラジアル荷重Ｒ２が小さくなり、上軸受５０および下軸受５１の磨耗および撓みによるかじりが抑制される。

図５を用いて、オーガ支持部４４ａにかかるスラスト荷重Ｓ３について説明する。図５（ｂ）は本願発明に係るオーガ３０であり、図５（ａ）は従来の１条オーガであり、図５（ｃ）は従来の２条オーガである。
スラスト荷重Ｓ３は、圧縮通路４１に押し込まれる氷がカッター４３からの圧力を受けることにより発生するスラスト荷重成分Ｓ１と、螺旋刃が氷を剥離する際に発生するスラスト荷重成分Ｓ２とを含む。

スラスト荷重成分Ｓ１について、図５（ａ）の１条オーガにおけるスラスト荷重成分Ｓ１と、図５（ｂ）のオーガ３０におけるスラスト荷重成分Ｓ１とはほぼ等しく、また、図５（ｃ）におけるスラスト荷重成分Ｓ１（２箇所の合計）はそれよりも大きい。この関係は当業者には自明であるが、念のため以下に説明する。

図１に示すようなオーガ式製氷機において、シリンダの製氷能力が一定である場合、オーガが一回転する間に圧縮通路４１に押し込まれる氷の体積Ｖは、図５（ａ）〜（ｃ）いずれの構成でも同一であり、この体積Ｖに相当する氷がカッター４３からの圧力を受けてスラスト荷重成分Ｓ１を発生させる。この体積Ｖは、図５（ａ）の１条オーガおよび図５（ｂ）のオーガ３０では、たとえば螺旋刃（第１螺旋刃３４）の上端を０度として０〜θ１の角度範囲の体積に相当する（ここでθ１は螺旋刃や圧縮通路等の形状によって定まる値であり、たとえばθ１＝６６．４度である）。一方、図５（ｃ）の２条オーガにおいて、各螺旋刃に対応する体積Ｖ／２が、それぞれ０〜θ２の角度範囲に相当するとすると、θ２＝θ１／√２≒４７．０度となる（螺旋刃の深さは角度に比例して大きくなるので、体積は角度の２乗に比例するからである）。
氷がカッター４３から受ける圧力が一定である場合、スラスト荷重成分Ｓ１はこの圧力がかかる面積（軸方向投影面積）に比例する。各螺旋刃の幅は一定であるので、螺旋刃の軸方向投影面積は角度範囲に比例し、したがってスラスト荷重成分Ｓ１の大きさは角度範囲の広さに比例する。角度範囲の広さは、上述のように図５（ａ）の１条オーガおよび図５（ｂ）のオーガ３０ではθ１であり、図５（ｃ）の２条オーガでは２×θ２＝２×（θ１／√２）＝√２・θ１となるので、結果として図５（ｃ）の２条オーガのほうがスラスト荷重成分Ｓ１が大きい。

また、スラスト荷重成分Ｓ２の大きさは、螺旋刃がシリンダ内表面と接触する長さに依存する。図５（ａ）の１条オーガでは螺旋刃がシリンダ内表面と接触する長さは比較的短いのでスラスト荷重成分Ｓ２の合計は比較的小さいが、図５（ｃ）の２条オーガでは螺旋刃がシリンダ内表面と接触する長さはその２倍であるので、スラスト荷重成分Ｓ２の合計は比較的大きくなる。

本願発明に係る図５（ｂ）のオーガ３０では、第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５がシリンダ１１の内表面と接触する長さはこれらの中間であり、したがってスラスト荷重成分Ｓ２の合計の大きさもこれらの中間となる。とくに、オーガ３０では第１螺旋刃３４の上端３４ａと、第２螺旋刃３５の上端３５ａとの高低差は２周半であり、その分だけスラスト荷重成分Ｓ２が低減される。

これらのスラスト荷重成分Ｓ１およびＳ２が、全体としてオーガ支持部にかかるスラスト荷重Ｓ３に寄与する。スラスト荷重Ｓ３が大きくなると、ギヤードモータの故障や寿命低下の原因となる。ここで、図５（ｂ）に示すように、本願発明に係るオーガ３０では、ギヤードモータ４４のオーガ支持部４４ａに及ぼすスラスト荷重Ｓ３は、２条オーガの場合よりも小さくなる。したがって、ギヤードモータの故障や寿命低下を回避できる。

以上説明するように、この発明の実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００によれば、複数の螺旋刃（第１螺旋刃３４および第２螺旋刃３５）を有するのでラジアル荷重が小さい。また、上端では第１螺旋刃３４のみの１条であり、第２螺旋刃３５との高低差が１周以上あるのでスラスト荷重も小さい。したがって、１条オーガよりもラジアル荷重を小さく、２条オーガよりもスラスト荷重を小さくすることができる。とくに、ラジアル荷重については２条オーガに近い値に抑えることができ、スラスト荷重については１条オーガに近い値に抑えることができる。結果として、上軸受５０および下軸受５１の磨耗を抑制するとともにギヤードモータ４４の負荷を低減することができる。

また、１条オーガおよび２条オーガは公知の構成であるので、本願発明のオーガ３０は新たな加工設備や技術がなくとも実施可能である。また、オーガ３０以外は従来と同様の構成とすることができるので、部品を変更する必要がない。

上述の実施の形態１では、上端３４ａと上端３５ａの高低差は２．５Ｐである。この高低差は、第１螺旋刃３４（または第２螺旋刃３５）の回転角度にして２周半に相当するが、高低差は１周より大きければよい。たとえば、オーガ支持部にかかるスラスト荷重Ｓ３の仕様値（上限値）をあらかじめ決定しておき、この仕様値以下になるように高低差を決定してもよい。同様に、上軸受５０および下軸受５１にかかるラジアル荷重Ｒ２の仕様値（上限値）をあらかじめ決定しておき、この仕様値以下になるように高低差を決定してもよい。なお、当業者であれば、オーガ式製氷機１００全体の構成を考慮して、スラスト荷重Ｓ３の仕様値とラジアル荷重Ｒ２の仕様値とを互いに矛盾しないように決定することができる。

オーガ３０は、本実施形態では回転軸３０ａが鉛直であり、かつ回転に伴って螺旋が上向きに進行する向きに配置されているが、これとは異なる向きに設置されてもよい。回転軸が鉛直とならない場合には、回転軸方向の位置の差が、実施の形態１における高低に相当することになる。オーガがいずれの向きに設置された場合であっても、オーガが軸周りに回転することに伴い、第１螺旋刃および第２螺旋刃は氷を出口に向けて（軸方向の一端から他端に向かう方向に）搬送するが、この出口側の端でみると、第１螺旋刃の端は第２螺旋刃の端よりも出口側にあるということができる。

３０ オーガ、３４ 第１螺旋刃（３４ａ 上端）、３５ 第２螺旋刃（３５ａ 上端）、４４ ギヤードモータ（４４ａ オーガ支持部）、５０ 上軸受、５１ 下軸受、１００ オーガ式製氷機、Ｐ ピッチ、Ｒ１，Ｒ２ ラジアル荷重、Ｓ１，Ｓ２ スラスト荷重成分、Ｓ３ スラスト荷重。

Claims (2)

1. 複数の螺旋刃を有するオーガを備えるオーガ式製氷機であって、
   前記オーガが軸周りに回転することに伴い、前記複数の螺旋刃は氷を出口に向かう方向に搬送し、
   第１螺旋刃の前記出口側端は、第２螺旋刃の前記出口側端よりも出口側にあり、
   前記第１螺旋刃の前記出口側端と前記第２螺旋刃の前記出口側端との軸方向位置の差は、前記第１螺旋刃の１周に対応する長さ以上である、オーガ式製氷機。
2. 前記第１螺旋刃および前記第２螺旋刃は、前記オーガの軸周りに互いに１８０度離れた位置に設けられる、請求項１に記載のオーガ式製氷機。

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