JP4720026B2

JP4720026B2 - 製氷皿

Info

Publication number: JP4720026B2
Application number: JP2001175156A
Authority: JP
Inventors: 正敏稲谷; ▲たつ▼井　　洋; 裕子石井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2002364960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水・製氷・離氷等の動作を自動的に行うようにした、自動製氷装置の製氷皿に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷蔵庫の製氷装置は、消費者の手間を省くために、タンクに水を入れてセットすれば、給水・製氷・離氷を自動的に繰り返す、自動製氷装置を搭載する機種が増加している。
【０００３】
従来の自動製氷装置としては、特公昭５０−１６５４１号公報に示されているものがある。
【０００４】
以下、図４から図７を参照しながら上記従来の自動製氷装置に使用されている製氷皿ついて説明する。
【０００５】
図において、１は冷凍室２に搭載された自動製氷装置で、３はポリプロピレン製の製氷皿であり、４は前記製氷皿３を回転させ、一端の回転継続中に他端を係止させ、表面に歪を付加させ離氷を行うための駆動装置、５は製氷の完了を検知するセンサー、６は離氷された氷を貯める貯氷箱である。
【０００６】
７は前記冷凍室２の奥面に配置された冷却器、８は送風機、９は前記冷却器７の前方に配置された冷却器カバー、１０は前記冷却器カバー９に設けられた製氷用の冷気吐出口、１１は給水タンクである。
【０００７】
１２は前記給水タンク１１の水を前記製氷皿３へ供給するための給水ホース、１３は前記製氷皿３を保持するためのフレーム、１４は離氷時に製氷皿３の一端を係止させて製氷皿３にひねりを加えるための係止ピンである。
【０００８】
以上のように構成された自動製氷装置１について、以下その動作を図４のフローチャートをもとにして説明する。
【０００９】
まず、給水タンク１１に水を入れてセットすれば（ステップ１）、給水ホース１２を通って自動的に適量の水が製氷皿３に供給される（ステップ２）。製氷皿３に供給された水は、冷却器７で冷却され送風機８によって冷却器カバー９の冷気吐出口１０から吐出される冷気によって製氷される（ステップ３）。
【００１０】
そして、センサー５が製氷完了温度Ｔ１に到達すれば（ステップ４）、駆動装置４によって固定された製氷皿３の一端が時計方向に回転（正転）し、離氷動作に入り、１８０度回転させた時に製氷皿３の他端が係止ピン１４によって係止され、さらに回転を加えると製氷皿３にひねりが生じ、氷は貯氷箱６へ離氷される（ステップ５）。
【００１１】
離氷が完了すれば、製氷皿３は反時計方向に回転（逆転）し、元の位置に戻る（ステップ６）。その後、給水〜製氷〜離氷が繰り返し自動的に行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成は、製氷皿に大きなひねりを加えて離氷を行うため、製氷と離氷の繰り返しで製氷皿に応力が加わり変形に至る可能性が大きく、更には、離氷時に氷にも大きな応力が加わるため、離氷された氷が割れるという欠点があった。
【００１３】
本発明は従来の課題を解決するもので、製氷された氷を割る事なく確実に離氷することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の請求項１記載の発明は、水と接し製氷を行う表面に０℃〜−１５℃以上の範囲内にガラス転移温度を有する形状記憶樹脂層を形成した製氷皿において、接触角が５０度以上のぬれ性を有する形状記憶樹脂層を形成したもので、氷が凍結した後、氷結点以下で形状記憶樹脂層の分子構造に変形が生じる為、氷との界面での分子間引力が弱くなり非常に離氷がしやすくなる。
【００１５】
そして、０℃以下でマイナス１５℃以上の範囲内にガラス転移温度を有する形状記憶樹脂層を形成したもので、マイナス１５℃までに分子構造の変形が完了するので必要以上に冷却することがなく、家庭用の冷蔵庫に使用しても離氷しやすい状態となる。
【００１６】
また、接触角が５０度以上のぬれ性を有する形状記憶樹脂層を形成したもので、凍結時における氷と表面との密着を小さくするもので、分子構造の変形との相乗効果により、表面に大きな歪をかけることなく容易に離氷が完結し、小さなひずみですむ事から製氷皿の耐久性も良くなる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、形状記憶樹脂層として（化２）に示す一般構造式を有するウレタン系ポリマよりなるもので、ウレタン系ポリマは混合成分モノマー種類や分子量でガラス転移温度やぬれ性が調整可能であり、また、膜として成形しやすく製氷皿の表面に容易に形成して離氷性を良好に出来る。
【００１８】
【化２】

【００１９】
請求項３に記載の発明は、表面に歪を付加させる変形手段を有するもので、分子構造の変化と外部ひずみにより、離氷性を良好にするものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、変形手段として製氷皿の一端を駆動させ前記製氷皿の他端を係止するもので、従来のある離氷動作との兼用により、大きなひねりを必要とすることなく離氷することが可能で、製氷皿の変形も少なく、氷の割れも低減でき、信頼性を高めたものとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の製氷皿について図１から図３を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による製氷皿を有する自動製氷装置を搭載した冷蔵庫の断面図である。図２は、同実施の形態１の要部断面図である。図３は同実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【００２３】
図１、図２において、１５は自動製氷装置、１６は製氷皿、１７は前記製氷皿１６の製氷容器表面１８の凹部底面に当接するように設けたウレタン系の形状記憶樹脂層で、１９は離氷時に前記製氷皿１６を回転させるための駆動装置である。
【００２４】
以上のように構成された自動製氷装置１５について、以下その動作を図３のフローチャートをもとにして説明する。
【００２５】
まず、給水タンク１１に水を入れてセットすれば（ステップ１）、給水ホース１２を通って自動的に適量の水が製氷皿１６に供給される（ステップ２）。製氷皿１６に供給された水は、冷却器７で冷却され送風機８によって冷却器カバー９の冷気吐出口１０から吐出される冷気によって製氷される（ステップ３）。そして、センサー５が製氷完了温度Ｔ１に到達すれば（ステップ４）、駆動装置１９によって製氷皿１６が時計方向に回転（正転）し、離氷動作に入り、１８０度回転させた時に製氷皿１６の一端が係止ピン１４によって係止され、さらに回転を加えると製氷皿１６にひねりが生じ、氷は貯氷箱６へ離氷される（ステップ５）。離氷が完了すれば、製氷皿１６は反時計方向に回転（逆転）し、元の位置に戻る（ステップ６）。その後、給水〜製氷〜離氷が繰り返し自動的に行われる。
【００２６】
次に、形状記憶樹脂層１７を備える製氷皿１６の製法とその作用について説明する。まず、製氷容器表面１８はポリプロピレン樹脂により射出成形で形成する。ポリプロピレン樹脂は繰り返し強度に強く耐薬品性や低温特性に優れるもので、自動製氷装置１５のように低温で繰り返し変形を加える製氷皿１６の素材としては最適である。
【００２７】
次に、その製氷容器表面１８の凹面にウレタン系ポリマーを形成する方法について説明する。あらかじめ、イソシアネート成分として４，４−ジフェニルメタジイソシアネートを１．５部、ポリオール成分としてポリプロピレングリコール１．０部を加え、無触媒で反応させてプレポリマーとする。それに鎖延長剤としてビス（２−ハイドロキシエチル）ハイドロキノン０．５１部を添加し製氷容器表面１８の凹面に塗布し、加熱することにより６０℃で３時間のキュアリングを施しウレタン系ポリマーの形状記憶樹脂層１７を得る。
【００２８】
この方法により得られた形状記憶膜として物性値はガラス転移点がマイナス７℃で、ぬれ性が６０度の接触角を有するものであった。
【００２９】
次に、この形状記憶樹脂層を有する製氷皿での製氷と離氷性について説明する。
【００３０】
製氷皿１６に供給された水は、冷却器７で冷却され送風機８によって冷却器カバー９の冷気吐出口１０から吐出される冷気によって氷結する。０℃の凍結点では水が氷に変わる時の凝固熱を奪うためにしばらく温度は一定となり、その後、製氷皿の水が氷にすべて変わると、氷点下に低下する。凍結完了時における０℃近傍での氷と製氷皿１６の表面１８界面との結合は、氷が凍結による体積膨張でひずみを起こしているにもかかわらず、製氷皿１６の表面１８表面とは強い密着性を有している。
【００３１】
さらに温度が低化してマイナス７℃以下になると形状記憶樹脂の分子構造が変化し結晶化度が上昇し物性値にして数十倍の強度を有する樹脂層に変貌する。この変貌は形状記憶樹脂層１７の微妙な変形をもたらすと共に氷と密着していた結合が破壊され、非常に分離されやすい界面構造に変化する事になる。
【００３２】
よって、センサー５が製氷完了温度であるマイナス１５℃のＴ１に到達すれば、製氷皿１６の変形手段が働く。すなわち、駆動装置１９によって製氷皿１６が時計方向に回転（正転）し、離氷動作に入り、１８０度回転させた時に製氷皿１６の他端が係止ピン１４によって係止され、さらに回転を加えると製氷皿１６にひねりが生じ、氷は貯氷箱６へ離氷されるが、氷は製氷皿１６から離れやすい状態となっているために、従来に比して容易に離氷が完了することになる。さらに、製氷皿１６は反時計方向に回転（逆転）し、元の位置に戻る（ステップ６）。その後、給水〜製氷〜離氷が繰り返し自動的に行われる。
【００３３】
発明の実施の形態１で使用したのは、イソシアネート成分として４，４−ジフェニルメタジイソシアネート、ポリオール成分としてポリプロピレングリコール、鎖延長剤としてはビス（２−ハイドロキシエチル）ハイドロキノンを添加したが、他のジイソシアネートとしては２、４−トルエンジイソシアネート、４、４−ジフェニルイソシアネートがあり、他のポリオールはポリエチレングリコール、他の鎖延長剤としてはビスフェノールＡとプロピレンオキサイドがあり、それらの分子量や比率によりガラス転移点やぬれ性や剛性を変化させることが可能である。ガラス転移温度は（化３）で示す分子構造の中にあるＲ１、Ｒ２、Ｒ３の直剛性、分子量、分子容、極性によって決まるもので、また、ぬれ性は（ＮＣＯ）と（０Ｈ）の比率で決まるもので、
ここではウレタン系のポリマー成分を限定するものではない。
【００３４】
【化３】

【００３５】
以上の方法で、０℃〜マイナス１５の範囲のガラス転移点、及び３〜５０重量％の結晶化度を有する形状記憶性ポリウレタンエラストマーを成形する事により、形状記憶樹脂層１７はマイナス７℃付近で屈曲点を持つ為に氷が凍結したおり、分子構造が変化するために氷と形状記憶樹脂層１７との間でズレを生じる為Ｊ
に、非常に離氷しやすい状態となっている。
【００３６】
実際従来では１８０度の変形を必要としたが、本発明の実施の形態１では１２０℃で１００％の離氷性を確保でき、また、耐久性の面からも、単純なクリープ特性での変形でなく分子構造の変化である為に長期信頼性も良好な結果を得た。
【００３７】
形状記憶樹脂として実施の形態１ではポリウレタン形樹脂を採用したが成形性の面で取り扱いやすく、物性を自由に変化できることからウレタン系の形状記憶樹脂が良いが、ポリノルボルネンやトランスポリイソプレンとうの形状記憶樹脂も使用可能で、また、実施の形態１ではポリプロピレン樹脂の容器を成形し形状記憶樹脂層を塗付したが、形成品自体を形状記憶樹脂で形成してもよく、形状記憶樹脂層の厚みを限定するものではない。
【００３８】
また、本発明の実施の形態１ではセンサー５の製氷完了温度Ｔ１をマイナス１５℃としたが、ガラス転移温度以下になれば形状記憶樹脂層の結晶化度が変化し離氷性が良好となるので、設定はガラス転移温度以下にすれば良くマイナス１５℃に限定するものではない。
【００３９】
また、製氷容器にポリプロピレン樹脂を使用したが、繰り返し特性の面で良好であり採用したが、変形量が少なくてすむ事からウレタン形樹脂との接着性の良いＡＢＳ樹脂を使用しても差し支えない。
【００４０】
また、ぬれ性として接触角が５０度以下になると形状記憶樹脂層と氷との分子間引力の強度が強くなり、耐久性が悪くなり形状記憶樹脂層の表面の荒れが著しくなり経時的に離氷性が落ちることとなる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、水と接し製氷を行う表面に０℃以下の温度帯にガラス転移温度を有する形状記憶樹脂層を形成することで、氷が凍結した後、氷結点以下で形状記憶膜の分子構造に変形を生じる為、氷との界面での分子間引力が弱くなり非常に離氷がしやすくなりる。
【００４２】
また、マイナス１５℃までに分子構造の変形が完了するので必要以上に冷却することもなく、接触角が５０度以上のぬれ性を有する形状記憶樹脂層を形成したので、凍結時における氷と表面との密着を小さくするもので、分子構造の変形との相乗効果により、表面に大きな歪をかけることなく離氷が完結することができる。
【００４３】
また、ウレタン系ポリマは混合成分モノマーの分子主鎖でガラス転移温度やぬれ性を調整可能であり、また、膜として成形しやすく容易に製氷皿の離氷性を良好に出来る。
【００４４】
変形手段により表面に歪を付加させるもので、分子構造の変化と外部ひずみにより、従来の離氷動作との兼用により、大きなひねりを必要とすることなく、製氷皿の変形も少なく、氷の割れも低減でき、信頼性を高めたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の製氷皿を有する自動製氷装置を搭載した冷蔵庫の断面図
【図２】本発明の実施の形態１の製氷皿を有する自動製氷装置の要部断面図
【図３】本発明の実施の形態１の製氷皿を有する自動製氷装置の動作を示すフローチャート
【図４】従来の製氷皿を有する自動製氷装置を搭載した冷蔵庫の断面図
【図５】従来の製氷皿を有する自動製氷装置の要部断面図
【図６】従来の製氷皿を有する自動製氷装置の離氷動作時の正面図
【図７】従来の製氷皿を有する自動製氷装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１５自動製氷装置
１６製氷皿
１７形状記憶樹脂層

Claims

水と接し製氷を行う表面に０℃〜−１５℃以上の範囲内にガラス転移温度を有する形状記憶樹脂層を形成した製氷皿において、接触角が５０度以上のぬれ性を有する形状記憶樹脂層を形成した事を特徴とする製氷皿。
形状記憶樹脂層として下記に示す一般構造式を有するウレタン系ポリマよりなることを特徴とする請求項１に記載の製氷皿。
表面に歪を付加する変形手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の製氷皿。
変形手段として一端を駆動させ他端を係止することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の製氷皿。