(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍庫内で使用されるモータ及び減速機を一体化したギヤモータであって、
前記減速機の回転軸をシールするオイルシールを備え、
該オイルシールは、目標冷凍温度よりも少なくとも１０℃以上低い温度までシール可能な極低温用オイルシールとされ、且つ
該極低温用オイルシール周辺の温度が０℃を超えないように、当該ギヤモータは、断続的に運転される
ことを特徴とする冷凍庫用ギヤモータ。
【請求項２】
冷凍庫内で使用されるモータ及び減速機を一体化したギヤモータであって、
前記減速機の回転軸をシールするオイルシールを備え、
該オイルシールは、目標冷凍温度よりも少なくとも１０℃以上低い温度までシール可能な極低温用オイルシールとされ、且つ
該極低温用オイルシール周辺の温度が０℃を超えると予測される時間よりも短く設定された所定の時間を超えないように、当該ギヤモータは、断続的に運転される
ことを特徴とする冷凍庫用ギヤモータ。
【請求項３】
請求項２において、
前記所定の時間が１０分以下に設定されている
ことを特徴とする冷凍庫用ギヤモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記極低温用オイルシールが、ニトリルゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、４ふっ化エチレン樹脂、ファブリックのうちから選択される
ことを特徴とする冷凍庫用ギヤモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍庫内で使用する冷凍庫用ギヤモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
生鮮食品等を保管する冷凍庫の内部は、極低温に設定されているため、該冷凍庫の内部において移動可能に設置される保管棚や搬送台は、その駆動源たるギヤモータの良好な作動を何らかの形で確保する必要がある。なお、本発明における「ギヤモータ」には、モータ及び減速機を設計の段階から直接的に一体化したもの、及びカップリング等を用いて事後的に一体化したものの双方を含んでいる。
【０００３】
特許文献１においては、加熱手段付きの保温ボックス内にギヤモータを収容した保温装置を提供している。この保温装置では、保温ボックス内の温度が所定の制御温度まで低下すると加熱手段を作動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０００８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような保温装置を備える手法は、ギヤモータのほかに保温ボックスや加熱制御装置を別途必要とする。また、ギヤモータを長期に使用しないときに保温装置を常時稼働させ、いつでもギヤモータを直ちに使用できるようにしておくには、多くの無駄な電力を必要とする。勿論、ギヤモータを長期使用しないことが明らかなときは保温装置の電源をその都度切るようにすることも可能である。しかし、この場合には、ギヤモータを使用するに当たって、加熱手段により保温装置を介してギヤモータを暖め、グリース等が良好に機能し得るようになるまで待ってからでなければ、運転自体を開始できない。
【０００６】
そこで、より低温まで使用できるように開発されたな潤滑剤とオイルシール（例えば、アクリルゴムや、水素化ニトリルゴム等）を用いて、冷凍庫の中でもそのまま使用可能とするギヤモータを設計することが考えられる。しかし、実際には、当該冷凍庫の目標温度の低温まで使用できるとして開発された潤滑剤とオイルシールを用いたギヤモータを冷凍庫内で運転した場合、（確かに運転自体は支障なく行うことはできたものの）まれにオイルシール部から潤滑剤が漏れることがある、という不具合が発生することが確認された。
【０００７】
しかしながら、この不具合の発生したギヤモータをメーカーが持ち帰ってオイルシール等を詳細に検証しても、オイルシール自体には特に異常が見当たらないという場合もあり、その原因は、必ずしも明確ではないというのが実情であった。
【０００８】
本発明は、このような状況において、当該オイル漏れの原因を精査したことによって得られた知見に基づいてなされたものであって、保温装置や加熱手段等を設置したりすることなく、冷凍庫内でギヤモータをそのまま運転することを可能とすると共に、潤滑剤の漏れを防止し、且つオイルシールの寿命を高く維持することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、冷凍庫内で運転するモータ及び減速機を一体化したギヤモータであって、前記減速機の回転軸をシールするオイルシールとして、目標冷凍温度よりも少なくとも１０℃以上低い温度までシール可能な極低温用オイルシールを、該減速機内に組み込む構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１０】
本発明は、冷凍庫内で使用するギヤモータのオイルシールの特性を精査した結果、保温装置や暖機運転なしで、冷凍庫内でギヤモータを使用するために、減速機の回転軸（入力軸または出力軸）をシールするオイルシールとして、目標冷凍温度が、例えば、−Ｔ℃であるときに、敢えて、−（Ｔ＋１０）℃よりも更に低いシール性能を有する極低温用オイルシールを使用する。要するに、例えば目標冷凍温度が−３０℃なら−４０℃以下での使用が保障された極低温用オイルシールを使用する。
【００１１】
これにより、冷凍庫内で直接的にギヤモータを使用することができ、且つオイル漏れの発生を防止することができる。このオイル漏れの防止に関する具体的な理由については、後に詳細に説明する。
【００１２】
なお、本発明は、冷凍庫内で使用されるモータ及び減速機を一体化したギヤモータであって、前記減速機の回転軸をシールするオイルシールを備え、該オイルシールは、目標冷凍温度よりも少なくとも１０℃以上低い温度までシール可能な極低温用オイルシールとされ、且つ該極低温用オイルシール周辺の温度が０℃を超えないように、当該ギヤモータは、断続的に運転されることを特徴とする冷凍庫用ギヤモータと捉えることも可能である。
【００１３】
また、本発明は、冷凍庫内で使用されるモータ及び減速機を一体化したギヤモータであって、前記減速機の回転軸をシールするオイルシールを備え、該オイルシールは、目標冷凍温度よりも少なくとも１０℃以上低い温度までシール可能な極低温用オイルシールとされ、且つ該極低温用オイルシール周辺の温度が０℃を超えると予測される時間よりも短く設定された所定の時間を超えないように、当該ギヤモータは、を断続的に運転されることを特徴とする冷凍庫用ギヤモータと捉えることも可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷凍庫内でギヤモータをそのまま運転することを可能とすると共に、潤滑剤の漏れを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る運転方法が適用される冷凍庫用のギヤモータの一例を示す断面図
【図２】上記冷凍庫用のギヤモータの入力側のオイルシールの拡大断面図
【図３】オイルシール周辺の温度テスト例のグラフとその拡大図
【図４】上記ギヤモータの運転制御の一例を示すフローチャート
【図５】上記ギヤモータの他の運転制御の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の例について詳細に説明する。
【００１７】
まず、具体的な実施形態例の説明に入る前に、本発明の課題の解決原理について詳細に説明する。
【００１８】
例えば、アクリルゴムは、低温シール性能の優れた素材として周知である。この素材はカタログ値では、−２５℃まで使用できるという記載も見られたため、発明者は当初この素材に係るオイルシールを冷凍庫用のギヤモータのオイルシールとして目標冷凍温度が−２５℃の冷凍庫に採用してみた。しかしながら、現実には、ときに潤滑剤漏れが発生した。
【００１９】
精査した結果、冷凍庫の中で機能させようとしたときは運転の初期において硬さが残っており、このため軸の微妙なゆれや振動等に良好に追随できていないことが推察された。これは、ギヤモータを持ち帰ってオイルシール等を常温で調べても特に異常が認められなかった事実から逆に推測できたものである。運転初期においては、弾力性が乏しく、緊迫力が減少するためと思われる。この点は、単なるＯリング等と異なる冷凍庫用のギヤモータ独特の事情と言え、特に高速で回転する入力軸等の回転軸のオイルシールにおいて問題となり易いと考えられる。
【００２０】
このため、より１段優れた低温特性を有する極低温用オイルシール、即ち、目標冷凍温度が−Ｔ℃であるときに、−（Ｔ＋１０）℃以下でも対応できるような低温シール性能の優れた極低温用オイルシール（具体的には例えばニトリルゴム）を試みたところ、良好な結果が得られ、推察が正しかったことが裏付けられた。
【００２１】
本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００２２】
なお、このような更なる極低温用オイルシールを、冷凍庫用のギヤモータのオイルシールとして用いた場合であっても、長期使用により潤滑剤漏れが新たに確認できた。
【００２３】
対応策を模索する段階で、原因の１つとして温度上昇の影響が大きいことが推測された。図３に、冷凍庫内の温度（目標冷凍温度）が−２５℃の冷凍庫内において、モータの回転速度（減速機の入力軸の回転速度）が１８００ｒｐｍのときに、オイルシール周辺の温度上昇の様子を測定した実験例を示す。この実験例から分かるように、冷凍庫内の温度が、−２５℃である場合、オイルシール周辺の温度は、運転開始後約１０分程度で、常温時よりも大きい幅（実際の測定結果では約１．３倍）で０℃付近にまで一気に上昇し、１０数分で０℃を超え、その後は、上昇がなだらかになり、４０分以上経過するとほぼ一定となることが確認できる。
【００２４】
この結果は、運転開始から１０数分以上連続運転された後に停止されることが繰り返されると、オイルシール周辺は０℃の境を行ったり来たりすることを示している。この運転・停止による０℃前後の温度の上昇・降下は、結露の問題を誘引すると考えられる。
【００２５】
しかし、とりわけ、ギヤモータを、新規に導入したときやメンテナンスのとき等で、常温での試験運転の後に冷凍庫の外部から冷凍庫内に持ち込んだときや、保管棚や搬送台が一度冷凍庫のドアの外まで出てきて再び入るような構造の冷凍庫の場合は、ギヤモータと共に外気（水分を含む空気）が冷凍庫内に持ち込まれ易いと考えられ、この結果、オイルシール周辺が結露し、凝固と融解を繰り返すことになる。
【００２６】
そこで、本発明に係るギヤモータは、この観点で、目標冷凍温度が−Ｔ℃のときに、少なくとも−（Ｔ＋１０）℃での使用が保障された極低温用オイルシールを組み込むようにしている。そして、好ましくは、更に、該オイルシール周辺の温度が０℃を超えないように断続的に運転されるギヤモータとする。あるいは、該極低温用オイルシール周辺の温度が０℃を超えると予測される時間よりも短く設定された所定の時間を超えないように断続的に運転されるギヤモータとする。これにより、極低温用オイルシール周辺の水分の「相変化」がなくなり、結露、凝固、融解が繰り返されるのが防止され、ギヤモータの使用環境が非常に安定する。
【００２７】
なお、冷凍庫の湿度を低く維持するように管理したり、オイルシールに結露が問題とならないような工夫を施したりする構成も、有効である。
【００２８】
以下、より具体的な実施形態の例について、図１、図２を用いながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態の一例に係る冷凍庫用のギヤモータの断面図である。なお、冷凍庫（図示略）の目標冷凍温度は、この例では、−２５℃である。
【００３０】
この冷凍庫用のギヤモータ１０は、モータ１２及び減速機１４を一体化したものである。なお、「ギヤモータ」と称する場合、一般的には、この実施形態のように、モータ１２及び減速機１４を（設計の段階から）一体化したものを指すことが多いが、本発明に係るギヤモータは、例えば、独立して設計されたモータと減速機とをカップリングや連結ボルトを介して一体化したようなものであっても良い。減速機外（例えばカップリング内）にオイルを漏出させたくない事情等があるときには、本発明を同様に適用できる。
【００３１】
減速機１４は、モータ１２のモータ軸兼用の入力軸（回転軸）１６と、該入力軸１６に一体形成されたハイポイドピニオン１８と、該ハイポイドピニオン１８と噛合するハイポイドギヤ２０と、を備える。該ハイポイドギヤ２０は中間軸２２に組み込まれており、該中間軸２２に一体形成された中間ピニオン２４が、出力ギヤ２６と噛合している。そして、出力ギヤ２６の回転が中空タイプの出力軸（回転軸）２７の回転として外部に出力される。
【００３２】
この冷凍庫用のギヤモータ１０は、減速機１４の入力軸１６及び出力軸２７をシールするオイルシールを備える。このオイルシールは、目標冷凍温度よりも少なくとも１０℃以上低い温度までシール可能な極低温用オイルシール３０とされ、且つ該極低温用オイルシール３０周辺の温度が０℃を超えないように、当該ギヤモータ１０は、断続的に運転される。
【００３３】
より詳細に説明するならば、減速機１４の入力側は、入力軸１６の軸受２８に隣接して配置された（本発明の実施形態に係る）極低温用オイルシール３０と、該極低温用オイルシール３０の減速機内部側に並列に組み込まれた（ダスト除け用の）常温用オイルシール３２によって密閉されている。また、減速機１４の出力側は、出力軸２７の軸受３４に隣接して配置された（本発明の実施形態に係る）極低温用オイルシール３６によって密封されている。この出力側の極低温用オイルシール３６は、径は異なるものの構造的には入力側の極低温用オイルシール３０と同様の構成である。そのため、便宜上、入力側の極低温用オイルシール３０に着目して説明する。
【００３４】
極低温用オイルシール３０は、ニトリルゴムで形成されている。ニトリルゴムは、目標冷凍温度−２５℃に対して十分過ぎるほどの（目標冷凍温度−２５℃より１０℃以上低い−４０℃（以下）まで十分にシール可能な）低温シール特性を有している。また、鉱油系のオイルの耐性があり、耐摩耗性もあるため、冷凍庫用のギヤモータの用途として相応しい。実際、このニトリルゴムは、冷凍庫内で暖機運転無しで直接運転を開始しても、初期硬さの問題は発生しない。なお、ニトリルゴムのほか、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、４ふっ化エチレン樹脂、ファブリック等も、本発明の極低温用オイルシールの素材として良好な低温特性を有している。この中では、シリコーンゴムが、比較的耐熱性もあるため、冷凍庫外で運転されることがある点に対しても有効に対応できる点で好ましい。
【００３５】
図２に拡大して示されるように、極低温用オイルシール３０は、（素材自体は高価であるが）主リップ３０Ａを主体として有する簡素な構造であり、低コスト化が図られている。一方、冷凍庫内で運転されるギヤモータ１０の場合、摩耗粉等のダストの問題が発生し易いことが確認されている（特に、ギヤモータ１０の導入時やメンテナンス時において常温での試験運転を行った場合に、その傾向が強い。このダストの発生は、本実施形態に係る（０℃未満を維持する）運転によってより低減できる可能性が高いが、本実施形態では、更に、該極低温用オイルシール３０の減速機構内部側に、ダスト除けの常温用オイルシール３２が並列に組み込まれているためダスト排除機能がより強化されている。
【００３６】
この常温用オイルシール３２は、文字通り、本来は常温で用いるものであり、主リップ３２Ａのほかにダストリップ３２Ｂが付設されている。この常温用オイルシール３２は、（この種の冷凍庫用のギヤモータにおいて不可避的な）導入時の常温試験運転、或いは、メンテナンス時の常温検査運転等を冷凍庫外で行うときに、いわゆるオイルシールとして機能すると共に、摩耗粉等のダストから極低温用オイルシール３０を確実に保護する。一方、冷凍庫内での通常の極低温運転の際には、ダストの多くをここで捉えるが、硬度が高くなってオイルシールとしての機能は低下する。しかしその分、摺動ロスは殆ど増大しないため、オイルシールが２つ併設されているにも拘わらず、運転効率を高く維持でき、且つ発熱量も少ないという（特に本実施形態にとって）良好な特性を備えている。
【００３７】
この冷凍庫用のギヤモータ１０は、極低温用オイルシール３０周辺の温度が０℃を超えないように、断続的に運転される。この具体的な運転制御は、特に限定されないが、この実施形態では、極低温用オイルシール３０の近傍に、熱電対からなる温度センサ４０が組み込まれており、極低温用オイルシール３０周辺の温度を検出可能とされている。
【００３８】
なお、この実施形態では、出力側の極低温用オイルシール３６には、温度センサは組み込まれておらず、コスト低減が図られている。これは、出力側の極低温用オイルシール３６の温度は、（出力軸２７の回転速度が遅いことから）常に入力側の極低温用オイルシール３０の温度より低いと解されるため、入力側をモニタすれば、十分であるためである。
【００３９】
以下は、運転制御の一例である。この冷凍庫用のギヤモータ１０の運転は、例えば、図４に示されるようなフローチャートに従って行われる。
【００４０】
ステップＳ２でギヤモータ１０の電源がＯＮとされると、ステップＳ４で極低温用オイルシール３０周辺の温度が熱電対による温度センサ４０によって検出される。ステップＳ６では、この温度が０℃から若干の余裕を見込んだ−４℃より高いか否かが判断される。−４℃以下であると判断されたときは、凝固していた結露が融解する恐れがないためステップＳ４に戻って温度のモニタ及びギヤモータ１０の運転がそのまま継続される。しかしながら、ステップＳ６で、極低温用オイルシール３０周辺の温度が−４℃より高くなったと判断されたときには、ステップＳ８に進んで図示せぬランプ等による警告がなされ、（オペレータによる電源遮断操作がないときは）更に、ステップＳ１０にて温度が−２℃より高くなったか否かが確認される。極低温用オイルシール３０周辺の温度が−２℃以下であると判断されると、もう一度ステップＳ４の温度モニタ以降が繰り返され、ステップＳ１０で−２℃より高くなったと判断されると、ステップＳ１２に進んで電源が遮断される。この間、オペレータが、手動でギヤモータ１０の運転の停止操作をしたときにはいつでも、ステップＳ１２に進み、ギヤモータ１０は停止するようになっており、次の電源ＯＮで、再びステップＳ２からフローが開始される。
【００４１】
これにより、極低温用オイルシール３０周辺の温度が−２℃以下であるときは、そのまま運転を続行できるが、極低温用オイルシール３０周辺の温度が−２℃より高くなったと判断されたときには、その時点で運転が中止される。したがって、ギヤモータ１０内の各オイルシール３０、３２、３４は確実に氷点下に維持され、凝固していた結露が融解することはなく（当然に再結露もなく）、各オイルシール３０、３２、３６は、安定した環境で良好なシール性能を常に維持することができ、寿命を大きく延ばすことができる。
【００４２】
なお、この例では、警告用の閾値（−４℃）のほか、それより若干高めで且つ０℃より低い電源遮断用の閾値（−２℃）を有するようにしていたが、閾値は１つだけ（警告なし）でもよく、また、２度目の閾値設定に代え、タイマを作動させるようにしても良い。閾値自体も、上記−４℃、−２℃に限定されない。
【００４３】
なお、多少寿命を犠牲にしても緊急に運転したいときがあることを考慮して、上記制御（即ち本実施形態に係る運転方法）を手動でＯＦＦとできるようになっていてもよい。
【００４４】
ところで、本発明において重要なのは、極低温用オイルシール３０周辺の温度が０℃を超えないように、当該ギヤモータ１０が断続的に運転されることであり、温度センサ４０は、必ずしも必須の要件ではない。例えば、ギヤモータ１０が該極低温用オイルシール周辺の温度が０℃を超えると予測される時間よりも短く設定された所定の時間を超えないように断続的に運転される構成であっても良い。
【００４５】
図５にこの構成例に係る運転制御の一例を示す。
【００４６】
この運転制御では、各極低温用オイルシール３０近傍の温度を直接検出するのではなく、運転時間で極低温用オイルシール３０の温度を間接的に推定することによって、各オイルシール３０、３２、３６を保護するようにしている。したがって、この運転制御に依るときには、ギヤモータ１０の前記温度センサ４０は不要である。
【００４７】
ステップＳ２０で電源がＯＮとされると、前回の電源ＯＦＦ時に後述するステップＳ３２で起動（リセット＆カウント開始）された第３タイマｔ３が、５分以上経過しているかが判断される。５分以上経過していた場合は、直ちにステップＳ２４に進んで電源が実際にＯＮとされるが、未だ５分が経過していなかったときは、５分経過するまで待ってステップＳ２４に進み、この時点で初めて電源がＯＮとされる。ステップＳ２４では、電源ＯＮと同時に第１タイマｔ１が起動（リセット＆カウント開始）される。
【００４８】
その後、ステップＳ２６では、この第１タイマ（即ち連続運転時間）ｔ１が、（極低温用オイルシール３０周辺の温度が０℃に至らない）所定時間、例えば８分を超えたか否かが判断される。電源ＯＮから、即ちギヤモータ１０が実際に運転開始されてから８分が経過していないうちは、ステップＳ２６を巡回し、運転はそのまま継続される。
【００４９】
しかしながら、第１タイマｔ１が８分を超えたと判断されると、ステップＳ２８に進んで図示せぬランプ等による警告がなされ、第２タイマｔ２が起動（リセット＆カウント開始）される。そして、ステップＳ３０で第２タイマｔ２が起動してから２分が経過したと判断されると、ステップＳ３２で電源が遮断され、同時に第３タイマｔ３が起動（リセット＆カウント開始）される。この第３タイマｔ３は、次の電源ＯＮ操作がなされたときに（前述ステップＳ２０）、実際に電源がＯＮとされるまで５分のインターバル（再運転禁止期間）を確保するために利用される（前述ステップＳ２２）。この第３タイマｔ３の機能により、連続運転直後にギヤモータ１０の電源がＯＮとされたようなときでも、結果として０℃以上に至ってしまうことが確実に防止される。
【００５０】
なお、この再運転禁止期間（この例では５分）は、ギヤモータ１０のオイルシール周辺の放熱特性、周囲温度（目標冷凍庫温度）等に依存して適宜に変更して良い。また、直前に連続運転されていた時間に依存して可変設定するようにすると一層良好である。当然に直前の連続運転時間が短かったときは、再運転禁止期間は短くて良い。これにより、遮断の頻度を減少させつつ、一層確実に０℃未満での運転ができるようになる。
【００５１】
この実施形態で、第１タイマｔ１の閾値が８分、第２タイマｔ２の閾値が２分に設定されるのは、前述した実験により、連続運転時間が１０分以下であるうちは、当該冷凍庫で各オイルシール３０、３２、３６は、０℃にはなっていないと推測され、したがって凝固した結露が融解する恐れがないと考えられるためである。この第１タイマｔ１の閾値は、実際の冷凍庫の目標温度、或いはギヤモータのオイルシール周辺の発熱量等に依存して適宜に設定される。因みに、この実施形態に係る冷凍庫以外でも、１０分以内ならば、概ね０℃を超えないことが多い。
【００５２】
本発明は、必ずしも物理的に温度を実測する必要がないことは、既に述べたが、必ずしもタイマによって連続運転時間を実際に測定した上で、自動的にギヤモータの電源をＯＦＦとする構成を採用する必要もない。即ち、例えば、（特にタイマ手段等がない状態であっても）オペレータが、連続運転時間が１０分を超えたりしないように、連続運転時間及び再運転禁止時間を意識的に配慮した上でギヤモータを断続的に運転制御するものであっても良い。このような構成であっても、オイル漏れを効果的に防止できると共に（オイルシールの）寿命を著しく高めることができ、コスト増を最小限に抑えながら、冷凍庫内でそのまま使用できる冷凍庫用のギヤモータを得ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…冷凍庫用のギヤモータ
１２…モータ
１４…減速機
３０、３６…極低温用オイルシール
３２…常温用オイルシール
４０…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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