(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を溜めておく水タンクと、
この水タンクの水が供給され、供給された水を製氷するとともに、供給される水の水位の上昇に伴って水面の面積が拡大する製氷皿と、
前記水タンクの水を汲み、前記製氷皿に供給するポンプと、
前記製氷皿の上方に配設され、前記ポンプの作動によって前記製氷皿内の水位が上昇する過程にあって、前記製氷皿の水面からの赤外線放射と前記製氷皿の側面部からの赤外線放射とを受光し、受光したこれら赤外線放射の合計エネルギーの強度に応じた出力信号を出力する赤外線センサと、を有し、
前記赤外線センサの出力信号は、前記製氷皿内の水位の上昇に伴って前記赤外線センサの全受光領域における前記製氷皿の水面の面積が拡大することで大きくなるものであって、
予め定められた作動時間だけ前記ポンプが作動したときの前記赤外線センサの出力信号から前記製氷皿に供給された水量を検出し、前記製氷皿内の水量が適正か否かを判定する判定手段を備え、
前記判定手段が前記製氷皿内の水量が少ないと判定したときは、適正水量となるように前記ポンプの作動時間を追加することを特徴とする自動製氷機。
【請求項２】
前記ポンプの作動時間を追加しても、前記製氷皿内の水量の増加が検出されない場合には、前記水タンクへの水の追加を促す表示を行うことを特徴とする請求項１記載の自動製氷機。
【請求項３】
前記製氷皿への水の供給完了後に、前記製氷皿内の水と氷から発せられる赤外線放射エネルギーから、前記赤外線センサにより前記製氷皿内の水と氷の温度を測定し、前記赤外線センサの出力信号が製氷完了判定基準温度に達したことで製氷完了を検出する製氷完了判定手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動製氷機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷蔵庫に利用される自動製氷機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特開平２−１４６４８１号公報に示された従来の自動製氷機を示す正面図、図８は断面図、図９は原理ブロック図である。図において、２１は冷凍冷蔵庫本体、２２は製氷皿、２３ａは製氷皿２２を置き製氷させるための製氷コーナ本体、２３ｂは製氷皿２２の位置を適切に保つストッパであり、製氷コーナ本体２３ａ、ストッパ２３ｂは冷凍室２１ａ内に設けられている。２４は冷気を冷凍室２１ａ内の所定方向に吹き出すためのファングリル、２５は製氷コーナ２３の上に製氷皿２２の真上になるように配設された赤外線センサ、２６は赤外線センサ２５を保持する円筒ホルダ、２７は円筒ホルダ２６を固定した冷凍室天井、２８は赤外線センサ２５からの電気信号を処理し判断する機能を持つマイクロコンピュータ、２９はマイクロコンピュータからの判断信号によって製氷完了時に点灯する発光ダイオード、３０は発光ダイオード２９を扉パネルに固定する冷凍庫扉、３１は製氷皿２２に注入された水である。
【０００３】
このような従来の自動製氷機の動作について説明する。図８において、ファングリル２４から吹き出された冷気は、製氷コーナ本体２３ａにて区切られた空間を通り、製氷皿２２の中の水３１を冷却する。そして、天井２７は製氷コーナ本体２３ａとともに製氷のための区画を構成し、冷凍庫扉３０側の開口部付近に円筒ホルダ２６の中空部には、赤外線センサ２５が鉛直下方向に固定されている。赤外線センサ２５はマイクロコンピュータ２８に電気的に接続されている。また、マイクロコンピュータ２８と発光ダイオード２９とも電気的に接続がされて、一連の製氷完了の判断をする製氷検知回路が構成されている。
【０００４】
次に、図９の原理ブロック図に基づいて、製氷検知回路について説明する。まず、製氷皿２２の中の水３１が持つ熱エネルギを赤外線の放射量として赤外線センサ２５が検知する。この赤外線センサ２５が検知した赤外線の放射量の検知結果は電気信号として送出され、コンピュータの検知信号制御回路２８ａに入力され、ここで十分に増幅されて検知信号判別比較回路２８ｂに送られ、この比較回路２８ｂによって製氷が完了したか否かが判定され、製氷が完了した場合には、上記比較手段２８ｂに接続された表示装置である発光ダイオード２９が発光する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の自動製氷機では、製氷皿２２への給水を水タンクから給水パイプ介して給水ポンプによって行なうようにした場合、給水ポンプの運転時間で所定の給水量を得るようにする。しかし、水タンク内の水が不足していたり、給水パイプが詰まってしまったり、給水ポンプの動作不良による給水不足が生じた場合には、製氷皿２２内の水３１が少ない状態で製氷完了を判定してしまい、完成した氷の大きさや厚さが不揃いになったり、離氷時に細かく割れてしまいユーザが使用する際に不便な氷となってしまいという問題点があった。また、前回の離氷が不完全で、製氷皿２２に氷が残っていた場合には、給水ポンプの所定時間動作により所定水量給水が行なわれると、製氷皿２２内の水３１の量が所定量よりも多くなってしまい、氷が必要以上に大きくなって離氷が不完全となってしまったり、製氷皿２２の下方に氷受け皿などを設けている場合には製氷皿２２から水３１が溢れて氷受け皿に溢れた水が入ってしまい、氷受け皿内の氷が連結して固まりとなってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、正確な給水量で製氷を行う自動製氷機を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自動製氷機は、水を溜めておく水タンクと、この水タンクの水が供給され、供給された水を製氷するとともに、供給される水の水位の上昇に伴って水面の面積が拡大する製氷皿と、水タンクの水を汲み、製氷皿に供給するポンプと、製氷皿の上方に配設され、ポンプの作動によって製氷皿内の水位が上昇する過程にあって、製氷皿の水面からの赤外線放射と製氷皿の側面部からの赤外線放射とを受光し、受光したこれら赤外線放射の合計エネルギーの強度に応じた出力信号を出力する赤外線センサと、を有し、赤外線センサの出力信号は、製氷皿内の水位の上昇に伴って赤外線センサの全受光領域における製氷皿の水面の面積が拡大することで大きくなるものであって、予め定められた作動時間だけポンプが作動したときの赤外線センサの出力信号から製氷皿に供給された水量を検出し、製氷皿内の水量が適正か否かを判定する判定手段を備え、判定手段が製氷皿内の水量が少ないと判定したときは、適正水量となるようにポンプの作動時間を追加するものである。
【０００８】
また、ポンプの作動時間を追加しても、製氷皿内の水量の増加が検出されない場合には、水タンクへの水の追加を促す表示を行うものである。
【０００９】
また、製氷皿への水の供給完了後に、製氷皿内の水と氷から発せられる赤外線放射エネルギーから、赤外線センサにより製氷皿内の水と氷の温度を測定し、赤外線センサの出力信号が製氷完了判定基準温度に達したことで製氷完了を検出する製氷完了判定手段を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の自動製氷機を示すブロック構成図である。  図において、１は水を溜めておく水タンク、２はこの水タンク１から水を吸い上げるための給水パイプ、３は水タンク１から水を汲み上げるためのポンプ、４は水タンク１から給水パイプ２を通過してポンプ３によって供給される水を溜め製氷するための製氷皿、５は製氷皿４を回転させて離氷するための製氷皿回転手段、６は離氷した氷を溜めておくための氷受け皿、７は製氷皿に供給された水の温度を測定するための赤外線センサ、８は赤外線センサの出力信号から製氷完了や水位を検知するための判定手段で、製氷完了を検知する製氷完了判定手段９と製氷皿に供給された水の水位を検知する水位判定手段１０とで構成される。
【００１１】
このように構成された自動製氷機の動作について説明する。まず、ポンプ３により水タンク１の水が給水パイプ２を介して吸い上げられ、製氷皿４に給水される。ポンプ３は予め定められた時間だけ作動して給水を行う。この作動時間は、予め定めた適正水量とポンプ３が正常に作動した際の単位時間当たりの給水量とから決定される。例えば、適正水量が２００ｍＬ、ポンプの単位時間吸水量が２０ｍＬ／秒であれば、ポンプ作動時間は１０秒に予め定められる。
【００１２】
次に、製氷皿４の適正水量２００ｍＬ、ポンプ３の単位時間給水量２０ｍＬ／秒の場合を例にとって、給水時の製氷皿４の水位の変化の検知方法を説明する。図２は給水開始直後の製氷皿断面図、図３は給水開始後５秒経過時の製氷皿断面図、図４は給水開始後１０秒経過時（給水完了時）の製氷皿断面図である。図において、１１は製氷皿の底面部、１２は製氷皿の側面部である。まず、製氷皿４の水位は離氷が完全になされた後の給水開始直前、つまり水が全く入っていない状態からポンプ３が作動して給水し始めの水位１３から（図２参照）、５秒経過時には水面は５０％給水水位１４に達し（図３参照）、そしてポンプ３が作動後１０秒経過時には水面は適正水位１５すなわち１００％給水水位に達する（図４参照）。このように、予め定めたポンプ３の作動時間だけ給水を行なうと製氷皿４の水面が上昇して適正水位まで給水が完了する。
【００１３】
このような製氷皿４内の水位変化に対する赤外線センサ７による製氷皿４の赤外線放射の受光領域を説明すると、図２に示す製氷皿４内への給水が少量の場合、赤外線センサ７は領域Ａ、Ｂの各領域から給水からの赤外線放射を受光し、領域ａ、ｂ、ｃから製氷皿からの赤外線放射を受光し、これらのこれらの合計エネルギーを受光している。ここで、赤外線放射エネルギーは、物体の温度と放射率によって定まり、温度が低いものは赤外線放射エネルギーが小さく、温度が高いものは赤外線放射エネルギーは大きくなり、その強度に応じて出力信号を出力される。そして、通常、給水の水の温度は５℃程度で、製氷皿４は冷気に冷やされて−２０℃程度となっている。つまり、給水前の製氷皿４の赤外線センサ７の全受光領域と給水が少量の状態（図２）の赤外線センサ７の全受光領域とを比べると、給水から受光するエネルギー量分だけ給水が少量の状態の方が大きくなる。図３に示す給水が５０％状態になると、製氷皿４の水面の面積が拡大し、赤外線センサー７は放射エネルギの大きい領域Ｃ、Ｄからと放射エネルギーの小さい領域ｄ、ｅ、ｆからの合計エネルギーを受光する。水面の領域Ｃ、Ｄは上記した水面の領域Ａ、Ｂに比べて大きくなっており、赤外線センサ７の出力も大きくなる。さらに給水が進み、図４に示す適正水位の１００％まで進むと、水面の面積がさらに拡大し、赤外線センサ７は放射エネルギーの大きい領域Ｅからと放射エネルギーの小さい領域ｇ、ｈからの合計エネルギーを受光する。領域Ｅは上記した領域Ｃ、Ｄと比べ面積が大きくなっており、赤外線センサ７の出力も大きい値となる。
【００１４】
このようにして受光された赤外線放射の変化に対する赤外線センサ７の出力信号を、図５に基づいて説明する。１６は製氷皿４への水の供給水量を示すグラフで、ポンプ３を一定給水力で作動させるのでポンプ始動時間Ｘからポンプ停止時間Ｚにおいて時間に比例して増加する。そして、ポンプ停止時間Ｚ以後は給水が止まり、供給水量は一定になる。一方、１７は赤外線センサ出力信号値を示すグラフで、ポンプ３が作動して製氷皿４に水の供給が開始されるポンプ始動時間Ｘから製氷皿底面１１が給水で覆われた状態となる時間Ｙまでの間、時間に比例して急激に増加する。そして、製氷皿４の底面１１が給水で覆われた時間Ｙからポンプ停止時間Ｚまでは傾きが緩やかになり、時間にほぼ比例して増加し、ポンプ停止時間Ｚ以後は一定の出力信号値となる。
【００１５】
このように、赤外線センサ７の出力信号は、製氷皿４中の水位の上昇に伴って大きくなり、図５で示したように、ポンプ３が正常に動作して給水を行った場合にはポンプ始動時間Ｘから底面部１１が給水で覆われた状態の時間Ｙまで供給水量１６と赤外線センサ出力信号値１７との間には比例関係が成立する。したがって、赤外線センサ出力信号値１７から正常給水時の供給水量値を求めることができる。また、製氷皿の底面部１１が給水で覆われた状態の時間Ｙからポンプ停止時間Ｚの間も、供給水量１６と赤外線センサ出力信号値１７との間には比例関係が成立し、赤外線センサ出力信号値１７から正常給水時の供給水量値を求めることができる。
【００１６】
このように、製氷皿４内の給水水量を正確に検出できるので、給水水量が少ないと判定したときには、不足水量を予測してポンプ３を作動時間を追加させて適正水量にするようにし、ポンプ３の作動時間を追加しても製氷皿４内の水量が増加しないときには、水タンク１の水が不足していることが考えられるので、水タンク１への水の追加を促す表示を行なうようにして製氷皿４内の水量を適正水量にする。
【００１７】
また、水量が適正水量に達しないときには離氷しないようにして、細かい氷ができないようにしても良い。また、氷の大きさを指定するスイッチを設け、ポンプ３の作動時間の長短調整と水位の測定情報とで氷の大きさを大小自由に変えて製氷するようにしても良い。
【００１８】
次に、赤外線センサ７による製氷完了の検出について、図６に基づいて、説明する。１８は製氷対象である水・氷自体の温度変化を示すグラフで、給水開始Ａから給水完了Ｂまでは、水温は水タンク１の温度から少しずつ下がりながら製氷皿４中に給水される。製氷皿４に給水がされると、周囲の冷却効果を受けて、温度が低下してゆき、０℃付近の温度Ｃまで低下すると、それ以降温度は０℃付近にしばらくの間安定し、０℃安定終了Ｄ以降は、再び温度低下がはじまり、製氷完了Ｅに達する。なお、製氷開始Ａから製氷完了Ｅまでの時間は、約４０〜６０分程度かかる。一方、１９は赤外線センサ７の出力信号相対値を示すグラフで、製氷及び給水開始Ａ以後、水タンク１中の５℃程度の水が製氷皿４に給水され、図５にて示したように、センサ７の受光領域における水面の領域の割合が増え、赤外線センサ７の出力信号が増加し、給水完了Ｂでピークに達する。その後は、水が冷却されて温度が低下し、赤外線センサ７の出力信号相対値１９も低下する。０℃付近の温度Ｃまで低下すると、それ以降温度は０℃付近にしばらくの間安定し、０℃安定終了Ｄ以降は再び温度低下が始まり、製氷完了判定基準温度値ｄになり製氷完了Ｅに達する。
【００１９】
このように、給水完了Ｂ以降の赤外線センサ７の出力信号相対値の変化１９は、赤外線センサ７が水・氷から発せられる温度に関連する赤外線放射エネルギーを直接測定しているために、製氷皿４中の水・氷温度の変化１８と相似した変化を示すので、氷そのものの温度を測定して検出することができ、未凍結の状態で製氷完了と検出することがなく、使い勝手の良い自動製氷機を得ることができる。
【００２０】
ここで、サーミスタによる出力の温度相当値２０と比較をして見る。サーミスタによる出力の温度相当値２０は、自動製氷機の給水完了Ｂでは製氷皿４の熱抵抗とサーミスタの反対側が冷気により冷やされる影響により水温まで上昇せず、０℃安定終了時間Ｄにおいては、０℃を下回る温度ｅとなり、製氷完了時間Ｅに至る前に製氷完了判定基準温度値ｄまで低下してしまい、未製氷のまま離氷動作を行ってしまうということになってしまう。
【００２１】
以上のように、赤外線センサ７による水・氷の温度検知により、製氷皿４内の水量を適正水量で製氷を行ない、かつ氷そのものの温度から製氷完了を判定するので、未製氷のまま離氷するということがなく、製氷が完全に行われた、形のそろった氷を提供することができ、また、赤外線センサ７で製氷皿４内の水量及び製氷完了の両方を判定するので、部品点数を増やすこともない。
【００２２】
なお、製氷完了判定手段９及び水位判定手段１０は、製氷皿４に接触せずに判定が可能な赤外線センサ７からの信号で判定を行なっているので、製氷皿４に電気的な接続が必要な構造とする必要がなく、製氷皿４を取り外せるような構造が簡単に実現でき、使用者が簡単に取り外して製氷皿４が洗え、衛生的な自動製氷機を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００２４】
この発明に係る自動製氷機は、水を溜めておく水タンクと、この水タンクの水が供給され、供給された水を製氷するとともに、供給される水の水位の上昇に伴って水面の面積が拡大する製氷皿と、水タンクの水を汲み、製氷皿に供給するポンプと、製氷皿の上方に配設され、ポンプの作動によって製氷皿内の水位が上昇する過程にあって、製氷皿の水面からの赤外線放射と製氷皿の側面部からの赤外線放射とを受光し、受光しこれら赤外線放射の合計エネルギーの強度に応じた出力信号を出力する赤外線センサと、を有し、赤外線センサの出力信号は、製氷皿内の水位の上昇に伴って赤外線センサの全受光領域における製氷皿の水面の面積が拡大することで大きくなるものであって、予め定められた作動時間だけポンプが作動したときの赤外線センサの出力信号から製氷皿に供給された水量を検出し、製氷皿内の水量が適正か否かを判定する判定手段を備え、判定手段が製氷皿内の水量が少ないと判定したときは、適正水量となるようにポンプの作動時間を追加するので、製氷皿内の水量を適正水量にすることができ、適正水量で製氷を正確に行って、形の揃った氷を確実に提供することができる。
【００２５】
また、ポンプの作動時間を追加しても、製氷皿内の水量の増加が検出されない場合には、水タンクへの水の追加を促す表示を行うので、水タンクの水が不足している場合でも、製氷皿内の水量を適正水量にすることができる。
【００２６】
また、製氷皿への水の供給完了後に、製氷皿内の水と氷から発せられる赤外線放射エネルギーから、赤外線センサにより製氷皿内の水と氷の温度を測定し、赤外線センサの出力信号が製氷完了判定基準温度に達したことで製氷完了を検出する製氷完了判定手段を備えたので、製氷完了が正確になり、未製氷で離氷して貯氷が固着したり、長時間冷却して電力を無駄に使ったりすることなく、氷を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示す自動製氷機のブロック構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１を示す自動製氷機の要部断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１を示す自動製氷機の要部断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態１を示す自動製氷機の要部断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態１を示す自動製氷機のポンプ動作時間と赤外線センサ出力信号値の関係を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態１を示す自動製氷機の製氷時における水・氷の温度変化と赤外線センサ出力信号の変化を示す図である。
【図７】  従来の自動製氷機を示す正面図である。
【図８】  従来の自動製氷機を示す断面図である。
【図９】  従来の自動製氷機を示す原理ブロック図である。
【符号の説明】
１  水タンク、２  給水パイプ、３  ポンプ、４  製氷皿、５  製氷皿回転手段、６  氷受け皿、７  赤外線センサ、８  判定手段、９  製氷完了判定手段、１０  水位判定手段、１１  底面部、１２  側面部、１３  給水始めの水位、１４  ５０％給水水位、１５  供給水量、１６  供給水量、１７  赤外線センサ出力信号値、１８  水・氷自体の温度、１９  赤外線センサの出力信号相対値、２０  サーミスタによる出力温度相当値。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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