(57)【要約】【課題】製氷板と蒸発器とを摩擦撹拌接合で接合して、接合による歪みや欠陥を抑制する。【解決手段】製氷装置１１は、製氷水が供給されて所要形状の氷を生成する製氷部１４と、この製氷部１４に配設されて該製氷部１４を冷却する蒸発器３０とを備える。蒸発器３０は、内部に冷凍系から到来する冷媒の流路３８を画成した複数の本体部３４と、この複数の本体部３４の夫々に外方へ延出するよう設けられ、該本体部３４を製氷板１６に配設した際に製氷板１６に密着的に当接するリブ３６とから構成される。そして、製氷板１６とリブ３６とを摩擦撹拌接合により接合している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製氷水が供給されて所要形状の氷を生成する製氷部(14)と、前記製氷部(14)を構成する製氷板(16)に配設される蒸発器(30,60,70)とを備える製氷装置において、
前記蒸発器(30,60,70)は、
内部に冷凍系から到来する冷媒の流路(38)を画成した複数の本体部(34,74)と、
前記複数の本体部(34,74)の夫々に外方へ延出するよう設けられ、該本体部(34,74)を前記製氷板(16)に配設した際に該製氷板(16)に密着的に当接するリブ(36,76)とからなり、
前記製氷板(16)とリブ(36,76)とを摩擦撹拌接合により接合するよう構成した
ことを特徴とする製氷装置。
【請求項２】
前記複数の本体部(34,74)は、夫々のリブ(36,76)が隣接して突合わさるよう前記製氷板(16)に配設され、これらリブ(36,36,76,76)の突合わせ部(42)を摩擦撹拌接合により接合するようになっている請求項１記載の製氷装置。
【請求項３】
前記複数の本体部(34,74)は、前記製氷板(16)に接合された金属板(62)と夫々のリブ(36,76)とが突合わさるよう前記製氷板(16)に配設され、これらリブ(36,36,76,76)の突合わせ部(42)を摩擦撹拌接合により接合するようになっている請求項１記載の製氷装置。
【請求項４】
前記製氷板(16)の最も外側に配設される本体部(34,74)にあっては、該本体部(34,74)から製氷板(16)の端縁部に向けて延出するリブ(36,76)の端面と、該製氷板(16)の端面とを摩擦撹拌接合により接合するようになっている請求項１記載の製氷装置。
【請求項５】
前記本体部(34)は、前記製氷板(16)に配設されることで、該本体部(34)の内部と製氷板(16)との間に冷媒の流路(38)が画成される請求項１記載の製氷装置。
【請求項６】
前記本体部(74)は、その内部に独立した冷媒の流路(38)が画成されている請求項１記載の製氷装置。
【請求項７】
前記複数の本体部(34,74)が配設される製氷板(16)の所要位置に凹溝(24)が形成され、該凹溝(24)を介して隣り合う本体部(34,34,74,74)の冷媒の流路(38,38)が連通するようになっている請求項１記載の製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、製氷機において、供給された製氷水を氷結させて所要形状の氷を連続的に製造する製氷装置に関し、特に製氷部と蒸発器とを摩擦撹拌接合で固定した製氷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所要形状の氷(氷塊)を連続的に製造する自動製氷機が、喫茶店やレストラン等の施設その他の厨房において好適に使用されている。これらの自動製氷機は、下向きに開口する多数の製氷小室に製氷水を下方から供給して、氷塊を連続的に製造する噴射タイプや、製氷面に製氷水を流下させる流下タイプ等の様々なものがある。
【０００３】
例えば図６に示すように、噴射式自動製氷機としては、所謂オープンセルタイプの製氷機構１０を備えた製氷機がある。この製氷機構１０の製氷装置１２は、貯蔵室内に水平に配置した製氷板１６の下面に仕切板１８が縦横に配設されて、下方に開口する製氷小室２０が碁盤目状に多数画成された製氷部１４を備えている。また、前記製氷板１６の上面には、図示しない冷凍系に連通する蒸発管(蒸発器)２２が密着的に蛇行配置され、製氷運転時に冷媒を循環させて前記製氷小室２０を強制冷却し、供給された製氷水を氷結させて氷塊を製造するようになっている。また除氷運転時には、前記蒸発管２２にホットガスを循環させて、前記製氷小室２０に氷結形成された氷塊の放出を促すようになっている。
【０００４】
前記蒸発管２２は、前記製氷部１４から効率よく熱を奪う必要があるため、熱伝導率に優れた銅管が一般的に用いられている。また、前記製氷板１６や仕切板１８等の部材は、前記蒸発管２２の冷却作用を妨げないように所要の熱伝導率を備えると共に、腐食に優れ、比較的強度が高く、食品衛生上問題がないステンレス等の金属材料が採用される。そして、前記製氷板１６と蒸発管２２とは、その当接部分をろう接等の溶接手段を用いて接合されている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】実開昭５６−１１２５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記製氷板１６と蒸発管２２との接合手段であるろう接は、溶加材であるはんだやろうを溶融させるために高い温度を加える必要があり、この熱により製氷板１６または蒸発管２２に歪みや欠陥が生じてしまう虞れがある。また、前記ろう接では、製氷運転時の冷却および除氷運転時の加熱が繰り返される過酷な熱サイクルに耐え得る接合強度を得ることが難しい欠点がある。すなわち、前記製氷板１６と蒸発管２２とが剥離してしまい有効に熱交換がなされないばかりでなく、はんだ等が剥離する問題が指摘される。
【０００６】
すなわちこの発明は、従来の技術に係る製氷装置に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、製氷板と蒸発器とを摩擦撹拌接合で接合して、接合による歪みや欠陥を抑制した製氷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る製氷装置は、
製氷水が供給されて所要形状の氷を生成する製氷部と、前記製氷部を構成する製氷板に配設される蒸発器とを備える製氷装置において、
前記蒸発器は、
内部に冷却系から到来する冷媒の流路を画成した複数の本体部と、
前記複数の本体部の夫々に外方へ延出するよう設けられ、該本体部を前記製氷板に配設した際に該製氷板に密着的に当接するリブとからなり、
前記製氷板とリブとを摩擦撹拌接合により接合するよう構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る製氷装置によれば、蒸発器を、その内部に冷凍系から到来する冷媒の流路を画成した複数の本体部と、複数の本体部の夫々に外方へ延出するよう設けられ、該本体部を製氷板に配設した際に該製氷板に密着的に当接するリブとから構成し、製氷板とリブとを摩擦撹拌接合により接合することで、製氷板と蒸発器をなす本体部との接合界面が少なくても大きな接合強度を得られ、接合の信頼性を向上し得る。ろう接の如くはんだ等の溶加材を使用しないため、はんだ等の剥離はない。摩擦撹拌接合は溶融を伴わないため、接合部分の温度上昇が比較的小さくなり熱影響を低減し得るから、製氷板および蒸発器について接合による歪みや欠陥の発生を抑制できる。また、冷媒の流路が内部に画成される本体部に、外方へ延出するリブを設け、隣接する本体部のリブ同士、製氷板に接合された金属板とリブまたはリブの端面と製氷板の端面とを接合するようにしているから、摩擦撹拌接合に際して回転ツールが、流路を画成することで突出している本体部と干渉することを防止し得る。そしてリブを、製氷板に接合した金属板に摩擦撹拌接合することで、より強固に固定することができる。更に、本体部を製氷板に配設した際に、該本体部の内部と製氷板との間に流路が画成されるよう構成することで、流路を流通する冷媒が製氷板に直接接触するため、効率よく熱交換がなされる。更にまた、製氷板に凹溝を設け、該凹溝を介して隣り合う本体部の流路が連通されるから、簡易な工程で製氷部全体を好適に冷却できるように、冷媒の流路の径路を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明に係る製氷装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、図６に示した製氷機構の構成要素と同一の要素については、同一の符号を使用して詳細な説明は省略する。
【実施例】
【００１０】
図１に示すように、実施例の製氷装置１１は、製氷機の内部に水平に配設された製氷板１６および該製氷板１６の下面に配設された仕切板１８で形成される製氷部１４と、該製氷板１６の上面に蛇行状に冷媒の流路３８を画成した蒸発器３０とから構成されている。前記製氷板１６は、ステンレスからなる横長長矩形状の薄板であって、その下面には下方へ向けて延出して縦横に格子状に仕切板１８が配置されて、下方に開口する製氷小室２０が碁盤目状に多数画成されている。そして、前記製氷小室２０には、図示しない製氷水タンクに貯留された製氷水がポンプ等の供給手段により供給されるようになっている。
【００１１】
前記蒸発器３０は、前記製氷板１６の上面に、その長手方向に沿って延在させて並列配置した複数(実施例では３枚)の本体部３４から構成される。前記本体部３４は、熱伝導性に優れた銅材等の金属材料からなり、樋状に湾曲形成され、その開放端縁から外方へ向けて前記製氷板１６に対して平行に延出されたリブ３６を備えている。すなわち、前記リブ３６は、前記本体部３４を前記製氷板１６に配設した際に該製氷板１６に密着的に当接するようになっている。前記本体部３４は、その開放端を前記製氷板１６に臨ませた状態で、前記リブ３６の下面を該製氷板１６に当接させて配設され、該製氷板１６の上面と樋状に湾曲形成された本体部３４の内部との間に図示しない冷凍系から到来する冷媒の流路３８が画成される(図２参照)。そして、前記隣り合う本体部３４,３４は、隣接するリブ３６,３６における長手方向に延在する端縁を互いに突合わせて平行に配設され、この突合わせ部４２を後述する摩擦撹拌接合により接合している。更に、前記リブ３６の側端縁には、接合を容易に実施し得るように開先加工が施され、隣り合う本体部３４,３４のリブ３６,３６を突合わせた際に、接合を実施する側となる上方に開放するように傾斜が設けられている。
【００１２】
前記製氷板１６の最も外側に配設される本体部３４にあっては、該本体部３４から製氷板１６の端縁部に向けて延出するリブ３６の端面と該製氷板１６の端面とが揃えて配設されている。すなわち、前記蒸発器３０の外周縁となる本体部３４のリブ３６は、その端面が前記製氷板１６の外周縁となる端面と整合し、この重合わせ部４４を摩擦撹拌接合により接合するようになっている。なお、前記重ね合わせ部４４は、前記突合わせ部４２の如く、接合を容易に実施し得るように開先加工を施してもよい。
【００１３】
前記製氷板１６の上面には、上方へ開放した凹溝２４が形成されている(図２参照)。前記凹溝２４は、前記製氷板１６における前記本体部３４の延在方向と直交する方向である該製氷板１６の短手方向に沿って設けられ、一対の隣り合う本体部３４,３４の端部に対応して冷媒の流通方向に沿って交互に設けられる。また、前記本体部３４が製氷板１６の上面に配設された際に、前記凹溝２４の端部が隣り合う本体部３４,３４における本体部３４,３４の内部に画成される冷媒の流路３８,３８に夫々臨んで位置している。すなわち、図１に示すように、実施例では、前記製氷板１６の右上から左下に流れる冷媒の流通方向に対応して、最上流に位置する本体部３４の左端部とその下流(中間)に位置する本体部３４の左端部を連通する凹溝２４と、中間に位置する本体部３４の右端部と最下流に位置する本体部３４の右端部を連通する凹溝２４とが設けられている。このように、隣り合う流路３８の端部を結んで、上流から下流へ向けて製氷板１６の上面を蛇行する冷媒の流通経路が形成される。また、前記凹溝２４の深さは、前記製氷板１６の厚さより小さくなるよう設定され、該凹溝２４が製氷小室２０側へ突出しないようになっている(図３参照)。
【００１４】
前記蒸発器３０における流路３８の先端と終端には、図示しない冷凍装置から冷媒またはホットガスを供給すると共に、該蒸発器３０を循環した冷媒またはホットガスを冷凍装置に戻す冷媒管４０,４０が夫々配設されている。前記冷媒管４０は、前記本体部３４に接続され、該本体部３４に画成されている流路３８に連通している。実施例では、前記製氷板１６の右上の冷媒管４０から冷媒またはホットガスが供給され、前記本体部３４の流路３８および隣り合う本体部３４,３４間の流路３８,３８を接続する凹溝２４を介して冷媒またはホットガスが蒸発器３０を循環して、左下の冷媒管４０から導出される。そして、製氷運転時には、冷凍装置に接続された冷媒管４０から供給された冷媒が前記流路３８を循環する過程で、前記製氷板１６および仕切板１８の熱を奪い、これらを強制冷却することで、該製氷小室２０の内壁面(製氷面)に供給された製氷水を氷結するようになっている。また、製氷完了後の除氷運転時には、前記流路３８を循環するホットガスにより該製氷小室２０を加温して氷塊の脱氷を促すようになっている。
【００１５】
前記蒸発器３０を構成する本体部３４は、隣り合う本体部３４,３４におけるリブ３６,３６の側端縁を突合わせて、前記製氷板１６の上面に平行に配置され、この突合わせ部４２を摩擦撹拌接合により接合する共に、この突合わせ部４２の下方に位置する製氷板１６とも接合されている。この摩擦撹拌接合は、肩部５０ａと、該肩部５０ａより小径に設定されたピン５２とにより構成される特殊な回転ツール５０が用いられる。この回転ツール５０を回転させながら密着させた突合わせ部４２に肩部５０ａがリブ３６の表面に達するまで押し込み、接合する線に沿って回転ツール５０を移動させる。このとき、前記突合わせ部４２に押し込まれたピン５２の周囲には摩擦熱による加熱と回転ツール５０の回転による塑性流動が生じ、該回転ツール５０を接合する線に沿って移動させると、ピン５２の特殊な形状の効果により、ピン５２の前面の金属が塑性流動しながらピン５２の後方に移動し、接合組織が形成されて突合わせ部４２と製氷板１６とが接合される。そして、隣り合う本体部３４,３４と同様に摩擦撹拌接合で、前記蒸発器３０の外周縁となる本体部３４におけるリブ３６の端面と、この端面に対応する製氷板１６の端面とを接合し、該製氷板１６に複数の本体部３４からなる蒸発器３０を固定している。
【００１６】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る製氷装置の作用について説明する。前記蒸発器３０を構成する本体部３４,３４同士および蒸発器３０の外周縁をなすリブ３６と製氷板１６とを摩擦撹拌接合により接合固定している。前記摩擦撹拌接合は、溶融を伴わないため、母材の温度上昇が比較的小さくなり熱影響を低減し得るから、該製氷板１６および本体部３４について接合による歪みや欠陥の発生を抑制できると共に、製氷板１６と蒸発器３０をなす本体部３４との接合界面が少なくても大きな接合強度を得られ、接合の信頼性を向上し得る。ろう接の如く溶加材などの消耗品も必要ないから、コストを低減し得る。前述したように、前記製氷板１６はステンレスが採用され、前記本体部３４は熱伝導性を向上させるため、銅材が用いられている。従来、このような異種金属間では、強固な接合が難しかったが、摩擦撹拌接合を用いると優れた接合強度を得ることができる。前記摩擦撹拌接合を用いることで、はんだやろう等の溶加材を用いるろう接等と比較すると、摩擦熱以外の熱源を必要としないことや、溶接棒やフラックスが不要であることや、アーク溶接やガス溶接の如く接合時にガスやスパッタが出ないことなどから環境に対する負荷を軽減し得る。ところで、前記摩擦撹拌接合による接合は、母材(被接合材料)の剛性が低い場合、前記回転ツール５０の当接により母材が撓んでしまうため、裏当てが必要となる。しかし、本発明の製氷装置１１では、比較的剛性が低い銅材を接合する際にも、ステンレス等の剛性を有する製氷板１６が裏当てとして機能するので、余分な設備を必要とせずに接合することができる。
【００１７】
前記蒸発器３０において、前記本体部３４は流路３８を画成する本体部３４の開放端縁縁から外方へ延出するリブ３６を設けて、隣り合う本体部３４,３４を互いのリブ３６,３６を突合わせて接合している。すなわち、接合が実施される突合わせ部４２は、隣接する本体部３４,３４間の略中央部に位置するので、上方に向けて突出している本体部３４,３４に干渉することなく、前記回転ツール５０の肩部５０ａを突合わせ部４２に当接させることができる。このように、前記本体部３４に外方へ延出するリブ３６を設け、隣接する本体部３４,３４のリブ３６,３６同士およびリブ３６の端面と製氷板１６の端面を接合するようにしているから、摩擦撹拌接合に際して回転ツールが、流路３８を画成することで突出している本体部３４と干渉することを防止して、好適に摩擦撹拌接合を実施し得る。また、前記製氷板１６の上面と樋状の本体部３４とで流路３８を画成する構成であるので、該流路３８を流通する冷媒等が製氷板１６と直接接触しているから、熱交換効率に優れている。
【００１８】
なお実施例では、樋状に湾曲形成した本体部３４の開放端縁からリブ３６が延出するようにしたが、これに限定されず、図４に示すように、環状に閉塞した本体部７４にリブ７６を延出形成する構成も採用し得る。すなわち蒸発器７０を構成する本体部７４の内部には、前記製氷板１６と独立して冷媒の流路３８が画成されている。また、前記本体部７４における前記凹溝２４に対応する部位には、その内部に画成された流路３８と凹溝２４とに連通する孔部７４ａが穿設されている。
【００１９】
〔変更例〕
実施例では、隣り合う本体部３４,３４におけるリブ３６,３６の側端縁を突合わせて摩擦撹拌接合で固定して蒸発器３０を形成したが、図５に示すように、隣り合う本体部３４,３４におけるリブ３６,３６の間に金属板６２を介在させる構成であってもよい。前記金属板６２は、リブ３６の厚さと略同一寸法に設定され、予め前記リブ３６の側端縁に対応するように、ろう接等の方法で製氷板１６の上面において短手方向に離間して複数接合される。そして、前記金属板６２,６２により囲繞される凹部に本体部３４を嵌合させて、前記リブ３６の端縁と金属板６２の端縁とを摩擦撹拌接合で接合している。このように、変更例に係る蒸発器６０は、前記本体部３４の間に金属板６２を介在させることで、リブの延出寸法を小さく設定できると共に、個々の本体部３４をより強固に金属板６２を介して製氷板１６に固定し得るメリットがある。なお、製氷部１４や凹溝２４等、他の部分の構成は実施例で説明した構成と同様であるので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好適な実施例に係る製氷装置を一部切り欠いて示す概略斜視図である。
【図２】実施例の製氷装置の要部を一部切り欠いて示す概略斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】実施例の蒸発器の別例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】変更例の製氷装置を示す断面図である。
【図６】従来の製氷機構を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１４ 製氷部，１６ 製氷板，２４ 凹溝，３０ 蒸発器，３４ 本体部，３６ リブ，
３８ 流路，４２ 突合わせ部，６０ 蒸発器，７０ 蒸発器，７４ 本体部，７６ リブ
【図１】
2005226919.tif 000003
【図２】
2005226919.tif 000004
【図３】
2005226919.tif 000005
【図４】
2005226919.tif 000006
【図５】
2005226919.tif 000007
【図６】
2005226919.tif 000008