(57)【要約】【課題】  大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片が安定して得られるようにし、もって自然雪に近い粒径分布を繰返し再現できる人工雪製造方法および装置を提供する。【解決手段】冷媒で冷される薄氷形成面１４に格子状に突起２４を設け、この薄氷形成面１４に薄氷層３を形成した後、該薄氷層３に、周面に刃１６ａを有する回転刃具１６を接触させる。すると、薄氷層３は、突起２４に対応する部位を起点に分断し、大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片１が得られる。したがって、その後の砕氷による薄氷片１の破砕の程度はほぼ一定となり、粒径のバラツキが少ない粒氷（人工雪）が得られ、結果として自然雪に近い粒径分布を繰返し再現できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄氷形成面に形成した薄氷層に外力を加えて分断し、薄氷片を得る製氷工程と、該製氷工程で得た薄氷片を破砕して粒氷とする砕氷工程とを含む人工雪製造方法において、前記薄氷形成面に、一定の幾何学的模様をなす配列で突起を連続的にまたは断続的に設けたことを特徴とする人工雪生成方法。
【請求項２】
製氷工程と砕氷工程との間に、製氷工程で得られた薄氷片中から微細片並びに粗大片を除去する選別工程を設けたことを特徴とする請求項１に記載の人工雪製造方法。
【請求項３】
薄氷形成面に形成した薄氷層に刃具を接触させ、該薄氷層を分断して薄氷片を得る製氷手段と、該製氷手段で得た薄氷片を破砕して粒氷とする砕氷手段とを備えた人工雪製造装置において、前記製氷手段の薄氷形成面に、一定の幾何学的模様をなす配列で突起を連続的にまたは断続的に設けたことを特徴とする人工雪製造装置。
【請求項４】
製氷手段と砕氷手段との間に、製氷手段で得られた薄氷片中から微細片並びに粗大片を除去する選別手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の人工雪製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製氷した薄氷片を破砕して人工雪を得る人工雪製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の人工雪製造方法、装置としては、特許文献１に記載されたものがあった。このものでは、フレーク状の薄氷片を製造する製氷機の下方に、周面に突歯（刃）を有する一対の回転ドラム（破砕手段）を配置し、製氷機で製造した薄氷片を前記一対の回転ドラムの間で破砕もしくは粉砕して人工雪を得るようにしている。なお、製氷方式としては、冷媒により冷された管内面（薄氷形成面）に形成した薄氷層を回転体に設けたブレード（刃具）により掻取る方式（特許文献２等参照）、あるいは冷媒により冷された回転ドラムの外周面に形成した薄氷層を削氷刃（刃具）により掻取る方式（特許文献３等参照）などがある。
【特許文献１】特開２００３−６５６４４号公報
【特許文献２】特開平３−２０４５７８号公報
【特許文献３】特開平１０−６８５５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、自動車製造においては、エンジンルーム内への雪入りによる不具合、足周り部品の凍結等の着氷問題に対処するため、人工雪中でベンチ試験を行なっている。この場合、人工雪としては、自然界の雪（自然雪）に近い粒径分布を有するものが必要になるが、上記特許文献１に記載されるごとき従来方式で得られる人工雪の粒径分布は、図７に二点鎖線にて示すように試験ごとに異なった分布となり、同図に実線にて示す自然雪の粒径分布に近似する粒径分布を繰返し再現することは、困難な状況にあった。この原因は、製氷で得られる薄氷片の大きさ、形状のバラツキによって、後の砕氷時の破砕の程度にバラツキが生じたため、と推定される。
【０００４】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片が安定して得られるようにし、もって自然雪に近い粒径分布を繰返し再現できる人工雪製造方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る人工雪製造方法、装置は、薄氷形成面に形成した薄氷層に外力を加えて分断し、薄氷片を得る製氷工程、手段と、該製氷工程で得られた薄氷片を破砕して粒氷とする砕氷工程、手段とを含む人工雪製造方法において、前記薄氷形成面に、一定の幾何学的模様をなす配列で突起を連続的にまたは断続的に設けたことを特徴とする。
【０００６】
上記のように構成した人工雪製造方法、装置においては、薄氷形成面に幾何学的模様の配列で突起または溝を設けたことで、薄氷形成面上の薄氷層に外力を加えると、該薄氷層が前記突起に対応する部位を起点に分断され、大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片が得られるようになる。したがって、その後の砕氷による薄氷片の破砕の程度はほぼ一定となり、粒径のバラツキが少ない粒氷が得られ、結果として自然雪に近い粒径分布を繰返し再現できる。
【０００７】
本発明の方法および装置は、上記製氷工程、手段と砕氷工程、手段との間に、製氷工程、手段で得られた薄氷片中から微細片並びに粗大片を除去する選別工程、手段を設けるようにしてもよいものである。この場合は、砕氷工程、手段に供される薄氷片の大きさが、より一層均一となるので、粒径のバラツキの少ない粒氷がより安定して得られるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る人工雪製造方法、装置によれば、製氷に際して大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片が得られるので、その後の砕氷時における薄氷片の破砕の程度はほぼ一定となり、自然雪に近い粒径分布を繰返し再現できる。
また、製氷工程、手段と砕氷工程、手段との間に、製氷工程、手段で得られた薄氷片中から微細片並びに粗大片を除去する選別工程、手段を設けるようにした場合は、砕氷工程、手段に供される薄氷片の大きさが、より一層均一となり、自然雪に近い粒径分布をより確実に繰返し再現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。
図１は、本発明の１つの実施形態である人工雪製造装置の全体的構成を示したもので、薄氷片１を得る製氷装置（製氷手段）１０と、製氷装置１０から落下した薄氷片１をホッパＨ１を経て受入れ、薄氷片１に含まれる微細片および粗大片を除去する選別装置（選別手段）３０と、選別装置３０から落下した薄氷片１をホッパＨ２を経て受入れ、該薄氷片１を破砕して粒氷（人工雪）２とする砕氷装置（砕氷手段）４０とから概略構成されている。
【００１０】
製氷装置１０は、図２によく示されるように、内筒１１と外筒１２との間を冷媒の流通路１３として提供しかつ内筒１１の内面を薄氷形成面１４として提供する製氷ケーシング１５を備えている。この製氷ケーシング１５の内部には、複数の棒状刃具１６を保持する回転体１７が該製氷ケーシング１５と同心に配設されている。各刃具１６は、回転体１７の上下端に固定した上・下取付板１８，１８に、該回転体１７の軸と平行な軸回りに回動可能に取付けられている。各刃具１６の外周面には、その軸方向へ延ばしてかつ円周方向へ等配して複数の刃１６ａが設けられている。なお、刃具１６は、ここでは回転体１７の円周方向へ等配して（１８０度間隔で）２本設けられているが、その数は任意であり、１本でも、３本以上でもよい。
【００１１】
上記回転体１７は、モータ（図示略）によって回転駆動される回転軸１９に直結され、一方、各刃具１６は、前記回転体１７用のモータとは別の他のモータ（図示略）によって同期して回転駆動される回転軸２０、２０に直結されている。これにより、いま、対応するモータによって各刃具１６を回転させながら、対応するモータによって回転体１７を回転させると、各刃具１６は、前記製氷ケーシング１５の薄氷形成面１４に沿って自転しながら公転運動をするようになる。なお、回転体１７および刃具１６は、ここでは同じ方向へ回転駆動されるようになっている。
【００１２】
本製氷装置１０はまた、製氷ケーシング１５の上方に水槽２１を備えている。水槽２１は、製氷ケーシング１５の開口にほぼ一致する大きさを有しており、その内底側の隅角部には、円周方向に等配して多数の排水口２２が設けられている。水槽２１内の水２３は、前記排水口２２を通して製氷ケーシング１５の薄氷形成面１４に連続的に供給され、該薄氷形成面１４の全面に拡散する。しかして、製氷ケーシング１５の薄氷形成面１４は、流通路１３内を流通する冷媒によって、例えば、−２５℃に冷されており、前記水槽２１から薄氷形成面１４上に供給された水２３は急速に氷結し、これによって薄氷形成面１４上には薄氷層３が形成される。
【００１３】
本実施形態において、上記製氷用ケーシング１５の薄氷形成面１４には、図３（展開図）によく示されるように、格子状に突起２４が設けられている。この突起２４は、一例として１〜２ｍｍ程度の高さを有し、かつ格子目の大きさが１０ｍｍ四方程度となるように配列されている。薄氷形成面１４に形成される薄氷層３は、前記突起２４に対応する部位が肉薄となっており、これにより、いま、薄氷層３に上記刃具６を接触させると、その接触の衝撃で薄氷層３が突起２４に対応する部位を起点に破断（分断）する。すなわち、薄氷層３は、突起２４で囲まれた格子目とほぼ同じ大きさに分断され、これにより、大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片１が得られるようになる。なお、前記突起２４の断面形状は任意であるが、前記破断の効果（切欠効果）を高めるにはＶ字形とするのが望ましい。
【００１４】
選別装置３０は、図４によく示されるように、前記ホッパＨ１（図１）から落下する薄氷片１の落下通路に横風（冷気）を送るブロア３１と前記落下通路に傾斜状に配置されたスクリーン３２とを配設したハウジング３３を備えている。本選別装置３０は、上記製氷装置１０で得られた薄氷片１に含まれる微細片１ａや粗大片１ｂを除去する機能を有するもので、微細片１ａは前記ブロア３１から送られる横風によって側方へ吹き飛ばされ、一方、粗大片１ｂは、スクリーン３２に捕捉され、該スクリーン３２上を滑落して側方へ排出される。
【００１５】
一方、砕氷装置４０は、図５によく示されるように、外周面に刃４１が多数条に形成された一対の回転ローラ４２を備えている。一対の回転ローラ４２は相互に逆方向に回転駆動されるようになっており、前記ホッパＨ２（図１）から落下した薄氷片１は、この一対の回転ローラ４２の間に誘導されて、前記刃４１によって細かく破砕され、これにより人工雪としての粒氷２が得られるようになる。
【００１６】
本実施形態において、上記各回転ローラ４２は、その軸（ローラ軸）４３の両端部が、連結バー４４を介してばね手段４５に連結されている。ばね手段４５は、ここでは、ばね力を変更可能な構造となっており、したがって、ローラ軸４３の支持剛性は、ばね手段４５のばね力を変更することにより任意変更可能となっている。しかして、ローラ軸４３の両端部と各ばね手段４５とを連結する連結バー４４には、ローラ軸４３にかかる負荷を検出する力センサ４６が介装されている。各力センサ４６の信号は制御手段（図示略）に送出されるようになっており、制御手段は、各力センサ４６からの信号に基いて、所望の負荷が得られるようにばね手段４５のばね力、すなわちローラ軸４３の支持剛性をフィードバック制御する。このような制御を行なうことで、一対の回転ローラ４２の間に供給される薄氷片１と回転ローラ４２の刃４１との接触圧力は一定となり、これによって薄氷片１は均等に破砕され、均一な大きさの粒氷２が安定して得られるようになる。
【００１７】
以下、上記のように構成した装置を用いて行なう人工雪の製造方法を説明する。
人工雪の製造に際しては、予め製氷装置１０の製氷ケーシング１５内の流通路１３に冷媒を流通させ、薄氷形成面１４を十分に冷しておく。また、製氷ケーシング１５内の回転体１７と刃具１６とを各独立のモータによりそれぞれ低速で回転させる。この準備完了後、水槽２１に注水し、その排水口２２から水槽２１内の水２３を製氷ケーシング１５の薄氷形成面１４に供給する。すると、水２３は薄氷形成面１４の全面に拡散して急速に氷結し、これによって薄氷形成面１４上には薄氷層３（図２、３）が形成される。この時、刃具１６は、製氷ケーシング１５の薄氷形成面１４に沿って自転しながら公転運動をしており、前記薄氷層３は、該刃具１６の刃６ａとの接触で、突起２４に対応する部位を起点に容易に分断し、これによって前記突起２４によって画定される格子目とほぼ同じ大きさの薄氷片１が得られる。
【００１８】
上記製氷工程で得られた薄氷片１は、ホッパＨ１上に落下し、その後、選別装置３０のハウジング３３内に落下する。ハウジング３３内において、前記ホッパＨ１から落下した薄氷片１は、先ずブロア３１から送られる横風を受け、これにより薄氷片１に含まれる微細片１ａが側方へ吹き飛ばされる。一方、この横風の域を通過した薄氷片１は、スクリーン３２上に落下し、薄氷片１に含まれる粗大片１ｂがこのスクリーン３２に捕捉され、スクリーン３２上を側方へ滑落する。このようにして所望の大きさの薄氷片１のみがスクリーン３２を通過し、下方のホッパＨ２上に落下する。この選別工程においては、ブロア３１から送る冷気の温度を変化させることで、薄氷片１の氷結程度を変化させることができ、これによって、後の砕氷工程で得られる粒氷（人工雪）２の含水量を調整することができる。
【００１９】
上記選別装置３０から落下した薄氷片１は、前記ホッパＨ２を経て砕氷装置４０内の一対の回転ローラ４２の間に供給され、この一対の回転ローラ４２の間を通過する間に回転ローラ４２の刃４１によって細かく破砕され、細氷２となる。しかしてこの間、ローラ軸４３にかかる負荷は力センサ４６によって監視されており、制御手段は、前記負荷が予め設定した範囲を外れるか否かを判断し、設定範囲を外れる場合は、所望の負荷となるようにばね手段４５のばね力、すなわちローラ軸４３の支持剛性をフィードバック制御する。これにより、回転ローラ４２による薄氷片１の破砕の程度はほぼ一定となり、ほぼ均一な大きさの粒氷（人工雪）２が得られるようになる。
【００２０】
上記のようにして得られた人工雪は、粒径のバラツキが少ないので、自然雪に近い粒径分布が繰返し再現される。したがって、この人工雪を自動車のベンチ試験に用いる場合は、エンジンルーム内への雪入りによる不具合、足周り部品の凍結等の着氷問題を的確に把握することができ、自動車の品質向上に大きく寄与するものとなる。
【００２１】
ここで、上記製氷装置１０内の薄氷形成面１４の突起２４は、格子状以外にも種々の幾何学的模様、例えば三角形や多角形の集合模様となる配列で設けてもよいことはもちろんである。また、この突起は、断続的に設けてもよいものである。
【００２２】
また、上記製氷装置１０内の刃具１６に設ける刃の形状、設置形態も任意であり、上記した軸方向に延びる刃１６ａ（図２，３）に代えて、円周方向に延びる刃としても、あるいは格子状の刃としてもよい。
【００２３】
また、上記実施形態においては、砕氷装置４０の一対の回転ローラ４２のローラ軸４３にかかる負荷、すなわちローラ軸４３の支持剛性をフィードバック制御するようにしたが、このフィードバック制御は省略してもよいもので、この場合は、一対の回転ローラ４２のクリアランスを調整するこで、製造すべき粒氷２の粒径を制御する。
【００２４】
なお、上記実施形態においては、製氷装置１０、選別装置３０および製氷装置４０を上下方向に配列して連続処理するようにしたが、本発明は、これら装置を各独立に配置し、製氷装置１０で得られた薄氷片１および選別装置３０で処理された薄氷片１を、それぞれ一旦貯蔵容器に貯蔵して次の工程へ搬送し、バッチ式に処理するようにしてもよいことはもちろんである。
【００２５】
本発明は、製氷方式を特定するものではなく、上記した製氷ケーシングの内面を薄氷形成面とする方式に代えて、例えば、前記特許文献３に記載されるごとき、回転ドラムの外周面を薄氷形成面として、この薄氷形成面に形成した薄氷層に刃具を接触させる方式としてもよい。この場合も、前記薄氷形成面に上記した突起を設けることで、大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片が得られるようになる。
【００２６】
本発明はまた、刃具に頼らずに薄氷層を分断する製氷方式を採用することができる。図６は、この場合の実施形態を示したもので、冷媒により冷される平板状の冷却板５０の片面を薄氷形成面５１として、この薄氷形成面５１に上記した突起５２を格子状に設け、冷却板５０の背面側に設けた固定点５３，５３とは位置がずれた作用点５４，５４に荷重を加えるようにする。このように荷重を加えることで、冷却板５０に歪みが生じ、この歪みによって薄氷形成面５１に形成した薄氷層にせん断力（外力）が作用し、これにより該薄氷層が、突起５２に対応する部位で容易に分断し、この結果、大きさ、形状がほぼ一定の薄氷片５５が得られるようになる。
【００２７】
本発明はさらに、砕氷方式を特定するものでなく、上記した一対の回転ローラ４２による破砕方式に代えて、例えば、ダクトを通して壁面に薄氷片を衝突させて破砕する方式を採用することができる。この方式を採用する場合でも、製氷装置で得られる薄氷片１の大きさ、形状がほぼ一定であることから、破砕後の粒氷（人工雪）の大きさもほぼ均等となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る人工雪製造装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本人工雪製造装置を構成する製氷装置の要部構造を示す断面図である。
【図３】本製氷装置を構成する製氷ケーシングの内面形状を展開して示すと共に、刃具による薄氷層の分断状態を示す模式図である。
【図４】本人工雪製造装置を構成する選別装置の構造を示す模式図である。
【図５】本人工雪製造装置を構成する砕氷装置の構造を示す模式図である。
【図６】本発明に係る製氷方式の他の実施形態を示す模式図である。
【図７】従来の製造装置で得られた人工雪の粒径分布を自然界の雪の粒径分布と対比して示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１    薄氷片
２    粒氷（人工雪）
３    薄氷層
１０  製氷装置（製氷手段）
１４  薄氷形成面
１５  製氷ケーシング
１６  刃具
１６ａ  刃
２１  水槽
２４  突起
３０  選別装置（選別手段）
３１  ブロワ
３２  スクリーン
４０  砕氷装置（砕氷手段）
４２  回転ローラ
【図１】
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【図２】
2006084162.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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