JP5720970B2 - 均等動力の洗濯機及びその洗濯方法 - Google Patents

Description

本発明は洗濯機に関し、特に衣服の反転方式を変える均等動力の洗濯機及びその洗濯方法に関する。

現在、インペラ洗濯機の洗濯方法はインペラの回転やインパラと内槽の同時回転で形成した特別な水の流れを利用して洗濯物の運動を変えて、そして反転中にそれに作用力を加えて、自身の摩擦、インペラ及び内槽の壁と摩擦で、繰り返して洗濯して、洗濯の目的を達成する。インペラ洗濯機のインペラは形が千変万化で、例えばディスク形のインペラ、棒状インペラ、碗状インペラであるが、インペラの形がどのように変えるのに関わらず、その最終の目的が例外がなく、洗浄度の向上と衣服の巻き付きの低減である。しかし高い洗浄度と低い巻き付き率がお互いに対立で、洗浄度が高まると、巻き付きがひどくなる。逆に巻き付きが小さくなると、洗浄度も低くなる。現在のインペラ洗濯機は、洗浄用水量が多くて、洗浄時間が長くて、洗剤使用量が多くて、衣服が巻き付きやすくて、洗濯が均一ではなくて、変形しやすい。或いは、洗濯物は内槽の回転による遠心力で形成する水の流れの衝撃力で洗濯して、通常洗濯物を全体として洗濯の過程を完成する。水の流れは洗い流しの効果を果たすことができるが、洗濯物が緩くできなくて、塊を形成して、全体で巻き付く。

洗浄度を高めるために、洗濯時にインペラの回転角度が大きくて、回転速度が速くて、遠心力作用を受ける水の流れが洗濯物を動かして高速で一つの方向に沿って移動するようにしなければならない。しかし最後に洗濯物を巻き付いて、お互いに引っ張って破損することを招く。特に高級な衣服は更に破損しやすい。しかも、洗濯中に単純に水の流れの作用によると、移動の形式が単一で、固定で、洗濯物の内槽での反転効率が低くて、全体の洗濯物に対する洗濯効果を完成するのに何度も洗濯しなければならない。

また、このような洗濯機が運行する時、インペラは回転したり揺れ動いたりして、環状の水の流れを形成して、衣服の洗濯槽での移動は流体の運動や流体の動力によるので、必要な環状反転モードを実現するために、同様に底部のインペラを有する自動洗濯機に洗剤を満杯に入れなければならない。その中に洗濯槽に入れられる洗剤の高さが洗濯槽に入れられた織物をディップしなければならない。このようにすると、大量の水を使う必要があって、また、水の量が多いので、十分な洗剤の濃度を達成するために、洗剤の量を増えなければならない。このため、洗濯コストが高くなって、水資源に対しても一定の汚染をもたらす。

これに鑑みて特に本発明を出した。

本発明で解決しようとする技術課題は当面の技術の不足を克服して、衣服を駆動して均等運動方式で反転して巻き付きを減らして、衣服の洗浄比、均一度を高める均等動力の洗濯機を提供する。

本発明の別の目的はこの均等動力の洗濯機の洗濯方式を提供することにある。

上記の技術問題を解決するために、本発明で採用される技術案の基本的な構想は、水を入れる外槽、外槽内に設けられて衣服を入れる内槽、回転可能なインペラと内槽とインペラを制御する駆動装置を含む均等動力の洗濯機とする。

上記のインペラは周りが低くて、少しずつ中心に隆起する円盤状構造で、インペラに衣服を中心に移動する突起を設けて、衣服がインペラの中心で隆起に沿って上がるようにして、突起がインペラの中心から外へ階段状を呈して、隣り合った階段の間にアーチ形で接して移行する方式で低くなって、突起の幅が中心から周りへ、突起の上表面から底部へ少しずつ広くする。

衣服が内槽の壁に沿って落ちる時の摩擦面積を増えるように、上記の内槽の周りの壁には内に向かう多くの環状の押し型を設けて、二つの環状押し型の間には均一に外に向かう環状の縁と脱水孔を設けている。

上記の内槽の底部と壁の接続部に円周に沿って均一に多数の衣服の移動軌跡を変える突起ブロックが分布している。

洗濯機の内槽とインペラは、洗濯時に洗濯機に入れられる水の量が衣服を湿らせて、しかも衣服の浮きがインペラの表面との接触に離れないことを満足する。衣服とインペラとの接触が完全に浮かないように、洗濯機に１ｋｇごとの負荷を増えるのに追加する必要な衣服と水との混合高さの差がｈ_１＝（πＤ^２ｈ−４Ｖ_１）／（ＫπＤ^２）を満たす。ただし、Ｄが内槽の直径で、ｈがインペラの高さで、Ｖ_１がインペラの体積で、Ｋがインペラの高さの範囲内にインパラと内槽の間に入れられる衣服の最適な負荷量であることを特徴とする均等動力の洗濯機。

この内槽の押し型の構造は摩擦面積を増える同時に、衣服の落下時間を減らして、サイクル反転のパスを増えて、衣服に緩む時間を与えて、衣服が槽の底部と壁で積む可能性を減らして、巻き付きを避けて、衣服の完全の反転をよく実現する。

上記の突起の両側がインペラの表面で構成する輪郭が多段の連続して互いに接する円弧曲線で構成される輻射状で延伸する「八」状の構造で、突起の両側がインペラの表面と平らで移行する斜面で、斜面とインペラの表面の間の角が９０°〜１２０°で、インペラの中心より１／４〜２／３の斜面の角が１１０°〜１２０°である。

上記の突起の高さはインペラの直径の１／１０−１／９で、突起がインペラの総面積の１／５−１／２を占めている。

二つの突起の間のインペラの表面に多数の通孔を設けて、径方向と円周方向で均一に分布している。上記の通孔は円孔で、直径が３ｍｍ−５ｍｍで、あるいは、上記の通孔は長い円孔で、幅が３ｍｍ−５ｍｍで、長さと幅の比が１．５−２．５である。当該通孔の設定は衣服とインペラの表面の静止摩擦力を増えて、衣服と水の流れの間の作用力を変えるためである。

本発明のインペラ構造によって、衣服がインペラの回転で形成した水の流れの衝撃作用と突起の自身の摩擦力、押し力とインペラの回転で出た衣服への遠心力の共通作用で、インペラの中心に移動する。インペラの回転で、衣服は同様にインペラの回転に従う回転速度を持つが、更に衣服がインペラに従う揺れ動きを減らして、また求心力を生むことができる。普通には、突起ブロックが平均的に８−１２設けられて、衣服に更に良い求心力を与えるとともに、衣服の揺れ動き角速度を減らすことができる。

上記の脱水孔は直径の１ｍｍ−５ｍｍの円孔や幅が１ｍｍ−３ｍｍで、長さと幅の比が２−３の長い円孔である。

インペラの直径と内槽の底部の直径の比が０．６−０．８で、衣服が内槽の底部に落ちるように、インペラに従う回転速度を緩め、同時に衣服の落下とインペラへの緩衝を増えて、衣服の反転周期を連続にさせる。

上記の内槽の下に水充填後に内槽を浮かべるフロートを設けて、インペラがインペラ軸に固定されて、インペラ軸の別の端が内槽を通して、フロートが駆動装置と伝動して接続して、インペラ軸にクラッチの外歯を設けて、フロートにクラッチの外歯とかみ合っているクラッチの内歯を設けて、フロートが内槽を動かして、クラッチの外歯とクラッチの内歯が離れて、内槽とインペラ軸の相対運動を形成して、排水後に重力作用で落ちて、クラッチの外歯とクラッチの内歯のかみ合い中に衣服の振動の均一な分布を実現して、最後にインペラと内槽が一緒に高速に回転して脱水するように駆動する。

上記のフロートは多数のプラスチック部品から形成される中空の環状構造で、当該環状構造が内外のリングから構成されて、内外のリングの間に放射状の筋で接続されて、筋同士の間に扇形の空室を形成する。内リングが中心が高くて周りが低い隆起状を形成して、クラッチの内歯が内リングのトップに設けられている。

上記の均等動力の洗濯機の選択方法は、洗濯中に、衣服がインペラの遠心力、衣服とインペラの作用力、衣服と水の作用力、水が衣服に対する浮力、衣服の自身の重力と衣服同士の作用力の合力の影響で、インペラに従って回転する同時に、衣服がインペラの中心に移動して頂点に到着した後に、層ごとに反転する方式で外周に逆巻いて内槽の壁に沿って内槽の底部に落ちる。具体的にいうと、衣服が反転中にインペラの揺れ動きに従って、一定の振動数で中心から均一に振動して外側に反転されて、更に均一に外側に反転されて、層ごとに均一に振動反転されて、内槽の壁部に到着した後に、内槽の壁部に沿って槽の底部に落ちて、更に各力の影響でインペラの中心に移動して、洗濯機が衣服の負荷の変化によって、水位、回転速度と洗濯時間に変化して衣服を繰り返して循環して洗濯を完成する。

当発明では洗濯する衣服が中心から外側へ層ごとに均一に振動して反転するが、その中い、均一とは均一な分布を指すが、洗濯中に衣服の反転時の均一な分布を含む。具体的にいうと、衣服がインペラに従う回転中と水の流れに従う反転中に、一定の振動数で振動反転する。振動反転は衣服同士の緩め、巻き付き解消の反転と衣服の自身振動の反転を含む。振動の振動数は電機の回転速度、正反転時間と正反転の間の中断時間に関係がある。

衣服の反転頻度として、衣服が定格負荷の６０％以下の場合、一回の反転時間が１ｍｉｎ以下で、定格負荷の６０％以上で満載以下の場合、一回の反転時間が１ｍｉｎ−３ｍｉｎで、フル負荷の場合、一回の反転時間が４ｍｉｎ−５ｍｉｎである。

衣服の低、中、重負荷の変化によって、インペラの回転の目標速度、加速時間と均一速度の時間はそれに応じて小さい幅で増えるが、それによって、衣服のインペラの中心への合力がインペラに従う回転力より大きくなる。連続的な反転を保持するために、回転中の停止時間を変えない。目標速度の増幅が１０−２０回転／分で、加速時間の増幅が０ｍｓ −１０ｍｓで、均等速度時間の増幅が０ｍｓ −１００ｍｓで、インペラの目標回転速度、加速時間と均等速度時間を制御することで、衣服がインペラに従って回転する同時に中心から外へ均一に振動して、層ごとに反転して、内槽の壁にぶつかった後に落ちる。

洗濯時にインペラの揺れ動き角度が１５０°〜３００°で、インペラの揺れ動き角度は衣服の負荷量の変化によって衣服の受力方向をそれぞれ反転軌跡移動の方向に対応させる。具体的にいうと、低負荷の衣服の場合、インペラの揺れ動き角度が１５０°−２００°である。中負荷の衣服の場合、インペラの揺れ動き角度が２００°−２５０°である。重負荷の衣服の場合、インペラの揺れ動き角度が２５０°−３００°である。

本発明の洗濯方法は高水位を必要としなくて、洗濯用水が衣服を湿らせるのでさえすれば、たとえ衣服を浮かべる十分な水がないとしても、高い効率の洗濯を実現することができるが、普通では衣服の負荷量による。入れられる水の量は衣服の負荷によって、洗濯機のインペラの中心より８０ｍｍ−３００ｍｍ高くすることを満たす。

入れられる水の量が衣服の負荷によって、低負荷の衣服の場合、入れられる水の量が洗濯機のインペラの中心の高さより８０ｍｍ−１５０ｍｍ高くして、中負荷の衣服の場合、入れられる水の量が洗濯機のインペラの中心の高さより１５０ｍｍ−２２０ｍｍ高くして、重負荷の衣服の場合、入れられる水の量が洗濯機のインペラの中心の高さより２２０ｍｍ−３００ｍｍ高くすることを満たす。

低負荷の衣服の場合、水位の高さと内槽の直径の比が０．２〜０．４で、回転速度が６０−１００回転／分で、洗濯時間が８ｍｉｎ〜１２ｍｉｎで，衣服の反転時間が３０ｓ〜１ｍｉｎである。中負荷の衣服の場合、水位の高さと内槽の直径の比が０．３〜０．７で、回転速度が７０−１２０回転／分で、洗濯時間が９ｍｉｎ〜１５ｍｉｎで、衣服の反転時間が１ｍｉｎ〜２ｍｉｎである。重負荷の衣服の場合、水位の高さと内槽の直径の比が０．５〜０．９で、回転速度が８０−１４０回転／分で、洗濯時間が１０ｍｉｎ〜２５ｍｉｎで、衣服の反転時間が２ｍｉｎ〜５ｍｉｎである。

本発明に述べられる洗濯機の低負荷の衣服重量が０ｋｇ〜２ｋｇで、中負荷の衣服重量が３ｋｇ〜５ｋｇで、重負荷の衣服重量が６ｋｇ〜８ｋｇである。

上記の技術方案を採用した後に、本発明は現在の技術と比べると、下記の有利な効果を持つ。

本発明に述べられる均等動力の洗濯機で衣服を洗濯する時、インペラの衣服に対する作用によって、運動の形式が単一ではなくて、衣服がインペラの外部からインペラに沿ってその中心のトップに到着する。衣服の上昇が比較的に高いため、重力、遠心力との周りの衣服の作用で最も外側の槽底部に反転する。インペラの直径と内槽の直径の比が０．６−０．８で、衣服が内槽の底部に落ちるように、インペラに従う回転速度を緩めて、同時に衣服の落下とインペラに入る緩衝を増えて、衣服の反転周期を連続的にさせる。衣服が内槽で移動する時に摩擦が均一で、衣服の均一度が９５％以上で、洗浄比が０．９以上である。当面の洗濯機の洗浄比は普通に０．７−０．８で、均一度が高くとも８０％である。インペラが衣服に対しても一定の作用力があるので、衣服の水への依存性が下がって、同じな濃度の洗剤溶液に達するのに必要な洗剤の使用量がわりに少なくて、節水の同時に洗剤の使用量も節約して、排水の汚染を減らす。毎回の選択は恐らく３０％−５０％の水を節約することができる。

次に図面を結び付けて本発明の具体的な実施例を詳しく説明する。

本発明に述べられる洗濯機の内槽とインペラの構造の断面説明図である。 本発明に述べられる洗濯機の衣服反転軌跡説明図である。 本発明に述べられる洗濯機の衣服の均一運動反転状態説明図である。 本発明に述べられるインペラ構造の説明図である。 本発明に述べられる内槽の壁部の展開説明図である。 本発明に述べられる内槽底部構造の説明図である。 本発明に述べられる突起構造の説明図である。 本発明に述べられる洗濯機の衣服の負荷と水位の関係説明図である。 本発明に述べられる洗濯方法による衣服の内槽底部とインペラ外面での受力説明図である。 本発明に述べられる洗濯方法による衣服の二つの突起の間で受力説明図である。 本発明に述べられる洗濯方法による衣服が突起に沿ってインペラの中心へ移動する時の受力説明図である。 本発明に述べられる洗濯方法による衣服が突起に沿ってインペラの中心のトップへ移動する時の受力説明図である。 本発明に述べられる洗濯方法による衣服が内槽の底部の面取り部に沿って下へ移動する時の受力説明図である。

実施例
本発明に述べられる洗濯機は水を入れる外槽、外槽内に設けられて衣服を入れる内槽１、回転可能なインペラ２および内槽とインペラの回転を制御する駆動装置を含むが、図１、図２及び図４の通り、上記のインペラ２は周りが低くて、次第に中心に隆起する円盤状の構造で、その上に衣服を中心に移動するように導く突起３を設けているが、衣服がインペラの中心４に移動して、インペラの中心４で隆起に沿って上昇して、層ごとに外に反転する方式で外周に反転して、そして内槽の壁部に沿って内槽の底部に落ちる。突起３はインペラの中心４から外へ輻射状に分布して、インペラの中心４から外へ階段状を呈して、隣り合っている階段の間にアーチ形で接して移行する方式で低くなって、最後にアーチ形でインペラの周りの低い所で交差して、インペラの縁までの距離Ｌが３ｍｍ−１０ｍｍ（図７の参照）である。突起の幅は中心から外へ、突起の上表面から底部へだんだん広くする。内槽の底周壁の円周には衣服を止めてインペラに従って完全に回転して、衣服の移動方向を変える多数の突起ブロック５を均一に分布して、インペラ２の直径と内槽１の直径の比が０．６−０．８である。インペラの直径と内槽の直径の比が０．６−０．８のことは、衣服が内槽の底部に落ちて、インペラに従う回転速度を緩め、同時に衣服の落下とインペラへの緩衝を増えて、衣服の反転周期を連続にさせるためであるが、本発明ではインペラの直径と内槽の直径の比は０．６５−０．７５で好ましい。

本発明に述べられた突起３は３−６個があって、図４の通りに、突起３の幅はインペラの中心４から外へだんだん広くなって、突起の外縁部での形はクジラの尾びれに似ている。突起３の高さはインペラの中心の直径の１／１０−１／９で、突起３がインペラの総面積の１／５−１／２を占めている。上記の突起の両側がインペラの表面で構成する輪郭は多段の連続して互いに接する円弧曲線で構成される輻射状で延伸する「八」状の構造で、突起の両側がインペラの表面と平らで移行する斜面で、斜面と二つの突起の間のインペラの表面の間の角が９０°〜１２０°であるが、その中にインペラの中心より１／４〜２／３の斜面の角が１１０°〜１２０°である。二つの突起の間のインペラの表面に多数の通孔６を設けて、輻射状と円周方向で均一に分布して衣服とインペラの表面との静止摩擦を増えて、衣服と水の流れの間の作用力を変えるようにする。上記の通孔は円孔で、円孔の直径が３ｍｍ−５ｍｍであるが、あるいは、上記の通孔は長い円孔で、長い円孔の幅が３ｍｍ−５ｍｍで、長さと幅の比が１．５−２．５である。

図７のように、突起の両側の斜面はインペラの中心よりの距離によって外斜面３１、中間斜面３２、内斜面３３に分けられて、外斜面３１及び内斜面３３とインパラの表面と角β、γが１００°〜１１０°で、中間斜面３２とインペラの表面との斜角θが１２０°である。

上記の構造は衣服をインペラの回転による水の流れの衝撃作用及び突起の自身の摩擦力、押し力とインペラの回転中に出た衣服に対する遠心力の共通作用で、インペラの中心に移動させる。

図５のように、上記の内槽１はステンレスシートからできて、衣服の落下時の摩擦面積を増えるように、内槽の周壁に多くの環状の内部への押し型７で、二つの環状の押し型７の間に環状で均一に分布している外への辺８及び円孔９や長い円孔を設けている。上記の内槽の周壁の厚さが０．４ｍｍ−１ｍｍで、押し型の深さが１ｍｍ−５ｍｍで、二つの孔の間隔が１０ｍｍ−１５ｍｍである。当該押し型の構造は摩擦面積を増える同時に、衣服の落下時間も減らして、衣服の槽底の周壁での積み上げ可能性を減らして、更に衣服の完備の反転を実現する。

図６のように、上記の内槽の底部にはインペラと整合するへこみ溝１０を設けて、インペラが当該へこみ溝１０の中に据え付けられて、へこみ溝の周りに環状部１１があって、突起ブロック５は均一に環状部で分布して、内槽の底部と周壁が交差する位置の数量が３−１２で、インペラの回転で、衣服が同様にインペラに従う回転速度を持って、更に良く衣服がインペラに従う揺れ動きを減らして求心力を生むために、普通に突起ブロックは平均的に８−１２を設けて、衣服に更に良い求心力を得させると共に、衣服の揺れ動きの角速度を減らすことができる。

図１のように、本発明に述べられる内槽１の下に水充填後に内槽を浮かべるフロート１２を設けて、インペラ２がインペラ軸に固定されて、インペラ軸の別の端が内槽１を通して、フロート１２が駆動装置と伝動して接続して、インペラ軸にクラッチの外歯を設けて、フロート１２にクラッチの外歯とかみ合っているクラッチの内歯１０を設けて、フロート１２が内槽１を動かして、クラッチの外歯とクラッチの内歯が離れて、内槽とインペラ軸の相対運動を形成して、排水後に重力作用で落ちて、クラッチの外歯とクラッチの内歯のかみ合い中に衣服の振動の均一な分布を実現して、最後にインペラと内槽が一緒に高速に回転して脱水するように駆動する。

上記のフロート１２は多数のプラスチック部品から形成される中空の環状構造で、当該環状構造が内外のリングから構成されて、内外のリングの間に放射状の筋で接続されて、筋同士の間に扇形の空室を形成する。内リングが中心が高くて周りが低い隆起状を形成して、クラッチの内歯が内リングのトップに設けられている。

図２の通りに、上記の均等動力の洗濯機の選択方法は、洗濯中に、衣服がインペラの遠心力、衣服とインペラの作用力、衣服と水の作用力、水が衣服に対する浮力、衣服の自身の重力と衣服同士の作用力の合力の影響で、インペラに従って回転する同時に、衣服がインペラの中心に移動して頂点に到着した後に、層ごとに反転する方式で外周に逆巻いて内槽の壁に沿って内槽の底部に落ちる。具体的にいうと、衣服が反転中にインペラの揺れ動きに従って、一定の振動数で中心から均一に振動して外側に反転されて、更に均一に外側に反転されて、層ごとに均一に振動反転されて、内槽の壁部に到着した後に、内槽の壁部に沿って槽の底部に落ちて、更に各力の影響でインペラの中心に移動して、洗濯機が衣服の負荷の変化によって、水位、回転速度と洗濯時間に変化して衣服を繰り返して循環して洗濯を完成する。

本発明の洗濯方法では、衣服がインペラの中心４のトップに移動する時、衣服の移動方式は、衣服が慣性によって上へ移動して、一時に上に投げた後に遠心力と底部の衣服の作用で内槽１の周壁のインペラの中心に離れる位置に到着するまで外へ反転して、それから衣服は内槽の回転による求心力とその下層部の衣服の下への引っ張り力の共通の作用で内槽１の底部に移動する。その移動軌跡は図２の通りで、全体の移動中に、衣服のすべての部位が受力と移動を行って、受力が大きくないが、頻度がわりに高くて比較的に均一的である。選択中に、このように周期的に作用を受けて、磨損力が小さくて、あかの取り除き効果が良くて、上記の移動は衣服の負荷と用水量が最適になった時に出た移動方式である。

具体的に、上記の衣服の反転洗濯は前、後の移動周期に分けられているが、前の移動周期は、衣服が内槽１の底部で、そしてインペラの中心を離れて移動する時、インペラの回転による水の流れの衝撃作用、突起３の自身の摩擦力、押し力とインペラ２の回転中に出た衣服への遠心力の共通の作用で、インペラに従って回転する同時に突起３に沿ってインペラの中心４のトップまで上へ移動する。

後の移動周期は、衣服のインペラの中心４のトップへの移動中に、下の上に移動する衣服による上への推力作用と水の流れの衝撃作用を受ける。衣服がインペラの中心４のトップに移動する時に、慣性によって引き続き上へ移動して、同時に自身の重力の作用、下のすでに落ちた衣服による引っ張り力とねじり力及びインペラの回転による遠心力を受けて、衣服が一時に上に投げられた後に内槽１の底部のインペラの中心を離れる位置に到着するまで外へ反転する。

図９−１３の通りに、衣服が内槽の底部とインペラの異なった位置で受けた力はそれぞれ異なっているが、具体的に分析すると、次の通りである。

Ａ、衣服は内槽１底部のインペラ２の外面にある時、インペラに従って移動させるインペラ２からの静止摩擦△Ｆ_静止摩擦、衣服を上に移動させるインペラ２からの作用力△Ｆ_衣服、衣服を内槽の底部と内槽の周辺に移動させる成り行きがある、インペラ２に攪拌されて、インペラ２と内槽１の間の水の流れの作用力△Ｆ_水、衣服の移動の成り行きを阻止する、衣服と内槽１の間の摩擦力△Ｆ_摩擦力、衣服の自身と上に垂直する衣服の合計重力Ｇの作用力を受ける。浮力△Ｆ_浮はここで衣服の移動に対する影響がきわめて小さくて、見落とすことができ、図９のように、インペラは時計回り方向に回転して、衣服が受けた力として、
△Ｆ_合＝△Ｆ_摩擦力＋△Ｆ_静止摩擦＋△Ｆ_水＋△Ｆ_衣服＋Ｇ
この時に衣服の移動軌跡は、衣服がインペラ２に従って回転する同時にインペラ２に沿って上に移動する。

Ｂ、衣服が二つの突起３の間にある場合、それが受けた力として、
△Ｆ_合＝△Ｆ_摩擦力＋△Ｆ_離＋△Ｆ_押＋△Ｆ_静止摩擦＋△Ｆ_水＋△Ｆ_衣服＋Ｇ＋△Ｆ_浮
△Ｆ_摩擦力は垂直高度がわりに低い衣服による摩擦力で、△Ｆ_離はインペラ２の回転中に形成した遠心力、△Ｆ_押は突起３が衣服に対する押し力で、△Ｆ_静止摩擦はインペラ２の起動中に衣服に与えた静止摩擦力で、△Ｆ_水はインペラ２の押しで形成した水の流れの作用力で、△Ｆ_衣服は垂直高度がわりに高い衣服によるねじり力と抵抗力で、Ｇは垂直高度がそれより高い衣服と自身の合計重力である。選択中に、インペラ２は停止と自動を繰り返して、インペラ２からの静止摩擦力が絶えずに衣服に与えて、それを上に移動し続ける。受力の状況は図１０の通りであるが、当該状態はインペラが時計回り方向に回転する。

Ｃ、衣服が突起３に沿って外から中心へ上に移動する時、それが受ける力として、
△Ｆ_合＝△Ｆ_摩擦力△Ｆ_静止摩擦＋△Ｆ_水＋△Ｆ_衣服＋Ｇ＋△Ｆ_離＋△Ｆ_押＋＋△Ｆ_{インペラ羽根}
△Ｆ_摩擦力は上昇中に周りの衣服からの摩擦力で、Ｇはその自身と垂直高度がそれより高くてその上に押された衣服との合計重力で、この過程に下の衣服から上へ押された押し力△Ｆ押とインペラ２の起動中の静止摩擦力△Ｆ_静止摩擦、水の流れの作用力△Ｆ_水による。△Ｆ_衣服は垂直高度がわりに高い衣服によるねじり力と抵抗力で、△Ｆ_離はインペラの回転に従って出た遠心力で、△Ｆ_{インペラ羽根}は突起よる押し力で、これらの力の作用を受けて衣服が上に移動する。受力の状況は図１１の通りであるが、当該状態はインペラが反時計方向に回転する。

Ｄ、衣服が突起３に沿ってインペラの中心４のトップへ移動する時、それが受ける力として、
△Ｆ_合＝△Ｆ_摩擦力＋Ｇ＋△Ｆ_押＋△Ｆ_離＋△Ｆ_衣服＋△Ｆ_水
ただし、摩擦力△Ｆ摩擦力はインペラ２が衣服に与える摩擦力で、衣服がインペラ２を離れるところなので、摩擦力がとても小さくて、衣服が主に下の衣服より上への押し力△Ｆ_衣服、インペラの回転に従って出た△Ｆ_離と突起による押し力△Ｆ_押しを受けている。△Ｆ水は水の流れの衝撃力で、衣服がインペラ２を離れるまでこの移動の成り行きを維持している。トップに移動した時に、インペラ２を離れて、自身の重力の作用で、衣服が一時に物を投げる移動を行う。衣服同士の間の押し力と引っ張り力の作用で、外の衣服は外に反転して、まだ内槽の壁部にぶつかっていないが、ほかの衣服は中心から力を受けて外へ反転して、その外の衣服を更に外に押して、このように類推する。最後に中心から外へ層ごとに振動して反転する。最も外側の衣服はその作用とインペラの回転による遠心力の作用でインペラの中心を離れた内槽の壁部に移動する。その受力の状況は図１２の通りであるが、当該状態はインペラが反時計方向に回転する。

Ｅ、衣服は落ちた後に、内槽１の底部の面取りに沿って下へ移動して、その垂直高度がそれより低い衣服の引っ張り力△Ｆ_引、垂直高度がそれより高い衣服の圧力△Ｆ_圧と内槽の回転中の求心力△Ｆ_求を受ける。ここで、衣服は斜下方向の合力△Ｆ_合の作用を受けて、内槽１の底部まで移動する。その受力の状況は図１３の通りであるが、当該状態はインペラが反時計方向に回転する。

図２のように、上記のＡ−Ｅという五つのステップの説明で、衣服の完備の移動軌跡を得ることができる。

図３のように、衣服のインペラに従う回転中と衣服の水の流れに従る反転中に、一定の振動数で振動して反転して、振動反転は衣服同士の緩め、巻き付き解消の反転と衣服の自身の振動の反転を含む。振動数は電機の回転速度、正反転時間と正反転の中止時間と関係がある。この定格振動数として、衣服が定格負荷の６０％以下の場合、一回の反転時間が１ｍｉｎ以下で、定格負荷の６０％以上で満載以下の場合、一回の反転時間が１ｍｉｎ−３ｍｉｎで、フル負荷の場合、一回の反転時間が４ｍｉｎ−５ｍｉｎである。反転中に、衣服は均一に分布して、毎回の反転で、衣服のいかなる箇所がその他の衣服、インペラ又は内槽と摩擦するようにして、それによって洗浄比を高めた。

低負荷の場合、インペラの揺れ動き角度は１５０°−２００°である。中負荷の場合、インペラの揺れ動き角度は２００°−２５０°である。重負荷の場合、インペラの揺れ動き角度は２５０°−３００°である。上記のように、衣服の負荷の変化によって異なった揺れ動き角度を設定するこそ、衣服が重なり合い形で中心から同円周で外へ反転することができる。

別の増加可能な要素として、衣服の負荷量の変化によって、衣服のインペラの中心への合力がインペラに従って回転する力より大きくなるように、インペラの回転の目標速度、加速時間と均等速度時間はそれに応じて小さい幅で増えて、継続的な反転を保持するために、回転中の停止時間が不変で、目標速度の増幅が１０−２０回転／分で、加速時間の増幅が０ｍｓ−１０ｍｓで、均等速度の時間の増幅が０ｍｓ−１００ｍｓである。

具体的にいうと、低負荷の場合、インペラの目標速度が６０−１００回転／分で、加速時間が１００ｍｓ−３５０ｍｓで、均等速度時間が２００ｍｓ−８００ｍｓである。中負荷の場合、インペラの目標速度が７０−１２０回転／分で、加速時間が１１０ｍｓ−３５０ｍｓで、均等速度時間が３００−８００ｍｓである。重負荷の場合、インペラの目標速度が８０−１４０回転／分で、加速時間が１２０ｍｓ−３５０ｍｓで、均等速度時間が４００ｍｓ−８００ｍｓである。停止時間はすべて０ｍｓ −１０００ｍｓである。下表の通りである。

低負荷の衣服の場合、水位の高さと内槽の直径の比が０．２〜０．４で、回転速度が６０−１００回転／分で、洗濯時間が８ ｍｉｎ〜１２ｍｉｎで，衣服の反転時間が３０ｓ〜１ｍｉｎである。中負荷の衣服の場合、水位の高さと内槽の直径の比が０．３〜０．７で、回転速度が７０−１２０回転／分で、洗濯時間が９ｍｉｎ〜１５ｍｉｎで、衣服の反転時間が１ｍｉｎ〜２ｍｉｎである。重負荷の衣服の場合、水位の高さと内槽の直径の比が０．５〜０．９で、回転速度が８０−１４０回転／分で、洗濯時間が１０ｍｉｎ〜２５ｍｉｎで、衣服の反転時間が２ｍｉｎ〜５ｍｉｎである。例えば、下表の通りである。

本発明の洗濯方法は高水位を必要としないが、洗濯用水が衣服を湿らせるさえすれば、たとえ衣服を浮かべる十分な水がないとしても、高い効率の洗濯を実現することができる。衣服とインペラが接触して完全に浮かないように、普通に衣服の負荷量によって、上記の洗濯機にＫｋｇから１ｋｇの負荷が増えるごとに、衣服と水の混合高さの差ｈ_１は、ｈ_１＝（πＤ^２ｈ−４Ｖ_１）／（ＫπＤ^２）を満たすように水を追加する。ただし、Ｄが内槽の直径で、ｈが突起の高さで、Ｖ_１が突起の体積で、Ｋが、衣服と水の混合物の高さがインペラの突起の高さ（ｈ）の場合、 インペラと内槽の間に入れられる衣服の汚れ除去効果を最も大きくすることができる、経験的に求められた最大負荷量（ｋｇ）である。

図８に洗濯機の内槽とインペラの説明図を示したが、内槽の直径Ｄが４７２ｍｍで、突起の高さｈが９８ｍｍで、突起の体積Ｖ_１が３０２０７６０ｍｍ^３で、インペラと内槽の間の体積がＶ_２で、１ｋｇの負荷が増えると増加する衣服と水の混合体積がＶ_３で、Ｋｋｇから１ｋｇの負荷が増えると衣服と水の混合高さの差がｈ_１で算出すると、
Ｖ_２＝π（Ｄ／２）^２ｈ−Ｖ _１ ＝３．１４＊（４７２／２）＊（４７２／２）＊９８−３０２０７６０＝１６８３６７０３ｍｍ^３
この場合、実際のＶ_２空間内に入れられる衣服の汚れ除去効果を最も大きくする最大負荷量（Ｋｋｇ）が２ｋｇで、１ｋｇあたりの負荷と水の混合後の容量がＶ_３＝Ｖ_２／２＝８４１８３５１ｍｍ^３である。

対応するインペラのトップ以上の水位の高さがｈ_１＝４＊Ｖ_３／（３．１４＊４７２＊４７２）＝４＊８４１８３５１／（３．１４＊４７２＊４７２）＝４８．１４ｍｍであるが、即ち、インペラのトップの以上で、１ｋｇごとの負荷を増えると、衣服と水の混合の高さがそれに応じて平均的に４８．１４ｍｍ高くする。

具体的に言うと、低負荷の衣服の場合、入れられる水の量が洗濯機のインペラの中心の高さより８０ｍｍ−１５０ｍｍ高くして、中負荷の衣服の場合、入れられる水の量が洗濯機のインペラの中心の高さより１５０ｍｍ−２２０ｍｍ高くして、重負荷の衣服の場合、入れられる水の量が洗濯機のインペラの中心の高さより２２０ｍｍ−３００ｍｍ高くする。当該洗濯方法は異なった負荷の衣服にもよく洗濯用水を節約することができる。Ｋｇあたりの負荷の水位の高度と内槽との直径比を次の表の通りに算出する。

洗濯の終了前に、交差水の流れで衣服をバランス的に分布させて、同時に巻き付きを解消して、衣服の繊維を回復して、それによって高い洗濯比、高い均一度、低い水消耗、低い磨損を実現する。上記の交差水の流れとは同じな選択プログラムの時に使った多数の水の流れの強さを指すが、水の流れの強さは下記の表を参照する。即ち、Ａ−Ｉ強度がプログラムによって設定されるが、例えばカウボーイ、絹織物などの生地、普通洗濯、快速洗濯など洗濯強度である。

本発明では、駆動装置が直接駆動電機を利用したが、直接駆動電機より出力される強いトルクと特別な運動軌跡に手洗浄をまねた水の流れを加えて、完璧な洗濯と均一な洗濯で巻き付きがないことを実現して、洗浄比が大幅に高まった。下記の表の通りである。

本発明に述べられる均等動力の洗濯機で衣服を洗濯する時、衣服がインペラの外部からインペラに沿ってその中心のトップに到着した後に、衣服の上昇が比較的に高いため、重力、遠心力との周りの衣服の作用で最も外側の槽底部に反転する。インペラの直径と内槽の直径の比が０．６−０．８で、衣服が内槽の底部に落ちるように、インペラに従う回転速度を緩めて、同時に衣服の落下とインペラに入る緩衝を増えて、衣服の反転周期を連続的にさせる。衣服の洗濯前の浮き中に、インペラの回転速度の変化で、衣服への振動が均一に分布することを実現して、洗濯中に、衣服の合力の影響で、内槽がインペラの回転速度の変化に応じる振動数で振動して、衣服を中心から外へ押して、層ごとに振動して反転して、衣服が内槽で移動する時に摩擦が均一で、衣服の均一度が９５％以上で、洗浄比が０．９以上である。当面の洗濯機の洗浄比は普通に０．７−０．８で、均一度が高くとも８０％である。インペラが衣服に対しても一定の作用力があるので、衣服の水への依存性が下がって、同じな濃度の洗剤溶液に達するのに必要な洗剤の使用量がわりに少なくて、節水の同時に洗剤の使用量も節約して、排水の汚染を減らす。毎回の選択は恐らく３０％−５０％の水を節約することができる。

Claims (12)

1. 水を入れる外槽、前記外槽内に設けられて衣服を入れる内槽、回転可能なインペラ、及び前記内槽と前記インペラの回転を制御する駆動装置、を含む、洗濯機であって、前記洗濯機は、
   前記インペラが周辺から中心に向かって徐々に隆起する円盤状構造であり、前記インペラ上には、衣服を中心に向かって誘導する突起を設け、衣服を前記インペラ中央部で前記突起表面に沿って上昇させ、前記突起は前記インペラ中心から周辺へ向かって下り階段状を呈し、隣り合った階段の間はアーチ形で接して移行し、前記突起の階段幅が中心から周辺へ、又は上表面から下表面へ向かって少しずつ広くなる、インペラと、
   衣服が前記内槽の壁に沿って下降する時の摩擦面積を増加させるように、前記内槽の周りの壁には、内側に向く多くの環状の押し型を設け、二つの環状押し型の間には、環状で且つ均一に外向きのフランジと脱水孔を設け、前記内槽の底部と周辺の壁の接続部には、衣服の移動軌跡を変える多数の隆起が環状に均一に分布する、内槽と、を備え、
   洗濯機の前記内槽と前記インペラは、以下の条件、即ち、
   洗濯機内の水量が衣服を湿らせて、しかも衣服を浮かせながら前記インペラの表面との接触を保つように、洗濯機の負荷がＫｋｇから１ｋｇ増える毎に、衣服と水の混合物の前記インペラの突起の頂点からの高さの差ｈ _１ が、
   ｈ_１＝（πＤ^２ｈ−４Ｖ_１）／（ＫπＤ^２）、を満すように水を追加し、
   （ただし、Ｄが内槽の直径、ｈが突起の高さ、Ｖ_１が突起の体積、Ｋが、衣服と水の混合物の高さがインペラの高さ(ｈ)の場合、衣服の汚れ除去効果を最も大きくすることができる、インペラと内槽の間に入れられる衣服の最大負荷量（ｋｇ単位））、
   前記突起の高さは前記インペラの直径の１/１０〜１/９であり、前記突起の表面積は前記インペラの全表面積の１/５〜１/２を占め、前記内槽の底面の直径に対する前記突起の底面の直径の比は０.６〜０.８であることを特徴とする洗濯機。
2. 前記インペラの表面で、前記突起の側面が構成する輪郭は、多段の連続して互いに接する円弧曲線で、径方向に延伸する「八」の字状の形状であり、前記突起の側面は前記インペラの表面から滑らかに移行する斜面で、前記突起の斜面と前記インペラの表面の間の角度が９０°〜１２０°であり、前記インペラの中心から前記インペラの直径の１／４〜２／３の距離を隔てた部分の傾斜角が１１０°〜１２０°であることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
3. 前記脱水孔が直径１ｍｍ〜５ｍｍの円孔、又は幅が１ｍｍ〜３ｍｍで、長幅比が２〜３の横に長い円孔であることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
4. 前記内槽の下に水を充填後に前記内槽を浮かせるフロートを設けて、前記インペラが前記インペラ軸の一端に固定されて、前記インペラ軸の他端が前記内槽及び前記フロートを通して、前記駆動装置と接続され、前記インペラ軸にクラッチの外歯を設けて、前記フロートに前記クラッチの外歯とかみ合うクラッチの内歯を設け、前記フロートが前記内槽を浮かせると、前記クラッチの外歯と前記クラッチの内歯が離れて、前記内槽と前記インペラ軸の相対運動を形成し、前記内槽が排水後に重力作用で落下すると、前記クラッチの外歯と前記クラッチの内歯がかみ合い、衣服を均等に振動させ、最後に前記インペラと前記内槽が共に高速で回転して脱水するように駆動されることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
5. 前記フロートが多数のプラスチック部品から形成される中空の環状構造であり、前記環状構造が内リングと外リングから構成され、前記内リングと前記外リングの間は、放射状のリブで接続され、前記リブの間には扇形の空洞が形成され、前記内リングは中心が高くて周りが低い隆起状を形成し、前記クラッチの内歯が前記内リングの頂点に設けられることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
6. 洗濯中に、衣服が前記インペラの遠心力、衣服と前記インペラの間の作用力、衣服と水流の間の作用力、水の衣服に対する浮力、衣服の重力及び衣服同士の作用力、からなる合力の影響により、前記インペラが回転する間に、衣服が前記インペラ中央部に移動し、上昇して前記インペラの頂点に到達した後、層ごとに外側へ反転し、前記内槽の壁に沿って前記内槽の底部に落下し、即ち、衣服が反転中に、前記インペラの揺動に従って、一定の頻度で中央部から均等に振動して外側に反転されて、更に、均等に外側に反転されて、層ごとに均等に振動反転されて、前記内槽の壁に到着した後に、前記内槽の壁に沿って前記内槽の底部に落下し、更に、前記合力の影響で前記インペラの中央部に移動し、洗濯機が衣服の負荷の変化によって、水位、回転速度及び洗濯時間を変更することにより、衣服は繰り返して循環して洗濯を終了することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の洗濯機による洗濯方法。
7. 衣服の反転頻度として、衣服の負荷が定格負荷の６０％未満の場合、一回の反転時間が１ｍｉｎ未満で、定格負荷の６０％〜１００％未満の場合、一回の反転時間が１ｍｉｎ−３ｍｉｎで、１００％負荷の場合、一回の反転時間が４ｍｉｎ−５ｍｉｎであることを特徴とする請求項６に記載の洗濯方法。
8. 衣服を前記インペラの中心へ動かす合力が、前記インペラに従って衣服を回転させる力より大きくなるように、前記インペラの目標回転速度、加速時間及び等速回転時間を、衣服の負荷量の変化に応じて増加させることにより、衣服の継続的な反転動作を保持するために、回転中の停止時間を変えず、前記目標回転速度を１０〜２０回転／分増加させ、前記加速時間を０ｍｓ〜１０ｍｓ増加させ、前記等速回転時間を０ｍｓ〜１００ｍｓ増加させることを特徴とする請求項６に記載の洗濯方法。
9. 前記インペラの揺動角度の大きさが衣服の負荷量によって変化することにより、衣服の受力方向を反転軌跡の方向に対応させ、即ち、低負荷の衣服の場合、前記インペラの揺動角度が１５０°〜２００°で、中負荷の衣服の場合、前記インペラの揺動角度が２００°〜２５０°で、重負荷の衣服の場合、前記インペラの揺動角度が２５０°〜３００°であることを特徴とする請求項６に記載の洗濯方法。
10. 前記内槽内の水位の高さを、追加される水量により衣服の負荷に応じて変化させ、低負荷の衣服の場合、洗濯機の前記インペラの突起の頂点の高さより８０ｍｍ〜１５０ｍｍ高くし、中負荷の衣服の場合、洗濯機の前記インペラの突起の頂点の高さより１５０ｍｍ〜２２０ｍｍ高くし、重負荷の衣服の場合、洗濯機の前記インペラの突起の頂点の高さより２２０ｍｍ〜３００ｍｍ高くすることを特徴とする請求項６に記載の洗濯方法。
11. 低負荷の衣服の場合、前記水位の高さに対する前記内槽の直径の比が０．２〜０．４で、前記回転速度が６０〜１００回転／分で、前記洗濯時間が８ｍｉｎ〜１２ｍｉｎで、衣服の反転時間が３０ｓ〜１ｍｉｎであり、中負荷の衣服の場合、前記水位の高さに対する前記内槽の直径の比が０．３〜０．７で、前記回転速度が７０〜１２０回転／分で、前記洗濯時間が９ｍｉｎ〜１５ｍｉｎで、衣服の反転時間が１ｍｉｎ〜２ｍｉｎであり、重負荷の衣服の場合、前記水位の高さに対する前記内槽の直径の比が０．５〜０．９で、前記回転速度が８０〜１４０回転／分で、前記洗濯時間が１０ｍｉｎ〜２５ｍｉｎで、衣服の反転時間が２ｍｉｎ〜５ｍｉｎであることを特徴とする請求項６に記載の洗濯方法。
12. 洗濯機の低負荷の衣服の重量が０ｋｇ〜２ｋｇで、中負荷の衣服の重量が３ｋｇ〜５ｋｇで、重負荷の衣服の重量が６ｋｇ〜８ｋｇであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の洗濯方法。