JP5789238B2 - 撹拌翼及びそれを用いた撹拌装置、洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は流体物を撹拌する撹拌翼及びそれを用いた撹拌装置、洗濯機に関する。

従来の洗濯機は特許文献１に開示される。この洗濯機は脱水槽と水槽を撹拌槽として共通化したタイプの洗濯機であり、撹拌槽は上部にしか脱水孔がない孔なしタイプの撹拌槽である。撹拌槽の底部には撹拌翼が回転自在に配置されている。洗濯時において洗濯物を収容した撹拌槽に水を貯留し、撹拌翼の回転によって流体である水を撹拌して洗濯物を洗濯する。

特開昭６１−９８７８号公報 特公平６−２９６７９４号公報

しかしながら、上記従来の洗濯機によると、撹拌翼表面が滑らかに形成されており、撹拌翼の表面と流体との間に大きな摩擦抵抗が発生する問題があった。このため、撹拌翼の回転にかかるトルクが大きくなり、洗濯機の消費電力が大きくなる問題があった。

本発明は流体との摩擦抵抗を低減することができる撹拌翼と、それを用いて消費電力の削減を図ることができる撹拌装置と洗濯機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、少なくとも一面に配されて軸方向に突出した複数の羽根部と、隣接した前記羽根部の間に形成された凹部とを備え、回転によって流体を撹拌する撹拌翼において、前記羽根部、前記凹部の少なくとも一方に突出する複数のリブを設ける。

この構成によると、撹拌翼の回転により流体の流れが発生し、撹拌翼表面のリブ間において流体の一部が渦となり停滞する。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、流体の平均の速さが大きい領域の前記リブの間隔を小さい領域の前記リブの間隔よりも狭くしたことを特徴としている。この構成によると、流体の平均の速さが大きい領域と小さい領域における撹拌翼表面のレイノルズ数が一定になる。これにより、流体の撹拌翼に対する作用が均質化する。したがって、撹拌翼表面の摩擦抵抗低減効果が均質化する。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、前記羽根部を放射状に複数設け、前記羽根部上に配した前記リブが径方向に延びることを特徴としている。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、外周側の前記リブの間隔を内周側よりも狭くしたことを特徴としている。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、前記羽根部を放射状に複数設け、前記凹部上に配した前記リブが周方向に延び、前記羽根部に近い位置で回転中心からの距離が小さく、離れた位置で回転中心からの距離が大きいことを特徴としている。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、前記羽根部に近い位置の前記リブの間隔が前記羽根部から離れた位置の前記リブの間隔よりも狭いことを特徴としている。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、隣接する前記リブの間に複数の小孔を貫通して設けたことを特徴としている。この構成によると、撹拌翼の回転時、負圧となった撹拌翼裏側の空間へ小孔を介して流体が吸い込まれる。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、隣接する前記リブの間隔と前記リブの高さの比が１００：１〜５：１の範囲内にあることを特徴としている。

また、本発明の撹拌翼は、上記構成において、隣接する前記リブの間隔と前記リブの高さの比が５０：１〜１５：１の範囲内にあることを特徴としている。

また、本発明の撹拌装置は、上記構成の撹拌翼と、前記撹拌翼が回転自在に配して流体が貯留される撹拌槽とを備えたことを特徴としている。

また、本発明の洗濯機は、上記構成の撹拌装置を備えたことを特徴としている。

本発明によると、撹拌翼の周方向に隣接する羽根部と凹部の一方に複数のリブを設けたので、撹拌翼の回転により流体の流れが発生し、撹拌翼表面のリブ間において流体の一部が渦となり停滞する。リブの上方を流れる流体はリブの上面及びリブ間に停滞する渦上を流通する。このとき、リブの上面との接触面積が小さいことに加えて渦によるベアリング効果によって流体の摩擦抵抗を低減することができる。これにより、撹拌翼を備えた撹拌装置や洗濯機の消費電力を低減することができる。

本発明の実施形態に係る洗濯機の概略構造を示す正面断面図。 本発明の実施形態に係る撹拌翼を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る撹拌翼を示す上面図。 本発明の実施形態に係る撹拌翼の表面上で生じる現象を模式的に示す概略断面図。 リブの間隔と高さの比と撹拌翼の駆動効率の関係を示すグラフ。 リブの高さと洗濯物の布傷み度合いの関係を示すグラフ。 リブの高さと洗濯物の布傷み度合いの関係を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る洗濯機１の概略構造を示す正面断面図である。なお、図１の手前側が洗濯機１の正面であり、奥側が背面である。

洗濯機１は全自動型のものであり、金属又は合成樹脂製の外箱１０を備える。外箱１０は直方体形状に成形され、その上面及び底面は開口部となっている。外箱１０の上面開口部には操作パネル等が設けられた合成樹脂製の上面板１１が固定されている。外箱１０の底面開口部には合成樹脂製のベース１２がネジで固定されている。ベース１２の四隅には外箱１０を床の上に支えるための脚部１３が設けられている。

上面板１１には洗濯機１内に洗濯物を投入するための洗濯物投入口１４が開設されている。上蓋１５は洗濯機１の奧側で水平回動軸により上面板１１に枢支されている。上蓋１５を手前側に上下に回動させて洗濯物投入口１４を開閉することにより、後述する撹拌槽３０に洗濯物を投入したり、撹拌槽３０から洗濯物を取り出すことができる。

外箱１０の内部には撹拌槽３０と撹拌槽３０を収納する水槽２０が収容されている。撹拌槽３０は洗剤を溶かした水またはすすぎ用の水（以下これらを総称して「洗濯水」という）を溜める。水槽２０及び撹拌槽３０はともに上面が開口した有底筒状のカップの形状を呈しており、各々軸線を垂直にして水槽２０を外側、撹拌槽３０を内側とする形で同心的に配置される。

水槽２０は外箱１０に対してサスペンション部材（不図示）によって吊り下げられる。サスペンション部材は水槽２０の外面下部と外箱１０の内面コーナー部とを連結する形で計４箇所に配備され、水槽２０を水平部内で揺動できるように支持している。

撹拌槽３０は底壁３０ａから上方に向かってテーパ状に広がる周壁３０ｂを有し、この周壁３０ｂにはその最上部に環状に配置した複数個の脱水孔３１を除いて液体を通すための開口部はない。即ち、撹拌槽３０はいわゆる「孔なし」タイプに形成される。撹拌槽３０の上部開口部の縁には、洗濯物の脱水のため脱水槽３０を高速回転させたときに振動を抑制する働きをする環状のバランサ３２が装着される。脱水槽３０の内部底面には槽内で洗濯水の流動を生じさせるための撹拌翼７０が回転自在に配置される。

水槽２０の下面には駆動ユニット４０が取り付けられる。駆動ユニット４０はモータ４１、モータ４１の回転出力を伝導するベルト伝導機構４２及びクラッチ・ブレーキ機構４３を含んでおり、その中心部から同軸に配される脱水軸４４と撹拌翼軸４５とが上方に突出している。脱水軸４４と撹拌翼軸４５とは脱水軸４４が外側に配置され、撹拌翼軸４５が内側に配置された二重軸構造となっている。脱水軸４４は下方から上方に向かって水槽２０底面を貫き、撹拌槽３０を支持している。撹拌翼軸４５は、下方から上方に向かって水槽２０を貫通し更に撹拌槽３０の底壁３０ａを貫き、撹拌翼７０を支持している。

撹拌翼７０は５５〜３００ｒｐｍの回転を行い、洗濯又は濯ぎを行う。脱水時には撹拌槽３０と一緒に０〜１２００ｒｐｍで回転して脱水を行う。脱水軸４４と水槽２０との間及び脱水軸４４と撹拌翼軸４５の間には、各々、水漏れを防ぐためのシール部材が配置されている。

上面板１１内の空間には電磁的に開閉する給水弁（不図示）が配置されている。給水弁の上流側に接続され、且つ上面板１１を貫通して上方に突き出す接続管５１には水道水などの上水を供給する給水ホース（不図示）が接続される。また、給水弁の下流側は撹拌槽３０の内部に臨む位置に配置された容器状の給水口（不図示）に接続されている。

また、上面板１１内には制御部（不図示）が設けられている。制御部は上面板１１の上面に設けられた操作表示部（不図示）を通じて使用者からの操作指令を受け、駆動ユニット４０、給水弁及び排水弁６８に動作指令を発する。また、制御部は操作表示部に運転コース、各工程の所用時間等の運転内容の表示指令を発する。

水槽２０の底部には水槽２０及び撹拌槽３０の中の水を外箱１０の外に排水する排水ホース６０が取り付けられている。排水ホース６０には水槽２０底部に開口する排水口６１から水が流れ込むようになっている。脱水時に撹拌槽３０の外側へ排出された水は配水管（不図示）を通じて排水ホース６０に流される。

撹拌槽３０と水槽２０の間にはパッキン（図示せず）が挟み込まれ、中心部からの水漏れを防止している。水槽２０の底面中心部にはシールホルダ６３が取り付けられ、水槽２０との間で排水口６１までを含めて排水経路が形成されている。撹拌槽３０の底部には排水孔６７が円周上に４箇所設けられ、排水孔６７は撹拌槽３０内部の水を排水口６１から電磁的に開閉する排水弁６８に導く。シールホルダ６３には内側においてオイルシール（不図示）が圧入されており、オイルシールが撹拌槽３０をシールすることによって、撹拌槽３０は回転自在で且つ水密構造となり、水槽２０と撹拌槽３０との間に独立した排水空間６６が形成されている。

上記した構造によって、撹拌翼７０が回転する洗濯時には撹拌槽３０内の水は排水弁６８で止水され、撹拌槽３０内にのみ水が貯められる。このとき、撹拌槽３０と水槽２０の間には水が貯まらない。これにより、洗濯時の節水性を実現している。脱水を行うときは排水弁６８が開かれ、撹拌槽３０内の水は外部に排水される。このとき、脱水軸４４，撹拌翼軸４５と撹拌槽３０がモータ４１の駆動により回転するが、上記したオイルシールにより撹拌槽３０とシールホルダ６３は相対回転自在で且つ水密構造を取り続けることができる。

次に、撹拌翼７０について説明する。図２は撹拌翼７０の斜視図であり、図３は撹拌翼７０の上面図である。撹拌翼７０は円盤状であり、撹拌翼７０の表面は周縁部７０ａに対して中心に行くほど深くなる盆状に形成されている。撹拌翼７０の表面には中心角９０°で放射状に配される４つの羽根部７１が突出して形成されている。また、羽根部７１に対して周方向に隣接する凹部７２が設けられている。洗濯時、羽根部７１は撹拌翼７０の回転によって撹拌槽３０内に流体である洗濯水の流れを発生させる。

撹拌翼７０を回転させると、羽根部７１の表面には周方向に水流が発生する。また、凹部７２内には回転方向後方の羽根部７１の壁面に沿って径方向の外側に向かう水流が発生する。

撹拌翼７０の表面には複数のリブ７３ａ、７３ｂが設けられている。リブ７３ａ、７３ｂは撹拌翼７０の表面における洗濯水の流れる方向に並設して該方向に横切るように延びている。また、撹拌翼７０の表面において洗濯水の水流の平均の速さが大きい領域のリブ７３ａ、７３ｂの間隔は水流の平均の速さが遅い領域のリブ７３ａ、７３ｂの間隔よりも狭く形成されている。

具体的には、羽根部７１の上面には撹拌翼７０の径方向に延びる複数のリブ７３ａが周方向に並設されている。このとき、外周側のリブ７３ａの間隔が内周側よりも狭く形成されている。凹部７２の上面には撹拌翼７０の周方向に延びる複数のリブ７３ｂが径方向に並設される。このとき、リブ７３ｂは回転中心を中心とする円弧に対して湾曲し、羽根部７１に近い位置で回転中心からの距離が小さく、離れた位置で回転中心からの距離が大きくなっている。また、羽根部７１に近い位置のリブ７３ｂの間隔が離れた位置よりも狭く形成される。

図４は撹拌翼７０の表面上で生じる現象を模式的に示す概略断面図である。撹拌翼７０の回転により流体である洗濯水の流れが発生すると、撹拌翼７０の表面上において洗濯水の境界層が生じ、境界層には粘性の高い領域が存在する。そこで、撹拌翼７０の表面にリブ７３を並設することにより、境界層を破壊して摩擦抵抗を低減することができる。図４に示すように、撹拌翼７０表面のリブ７３間において洗濯水の一部が渦となり停滞して停滞部（渦）７５が形成される。リブ７３の上方を流れる流体（矢印Ａ）はリブ７３の上面及びリブ７３間に停滞する停滞部７５上を流通する。このとき、流体とリブ７３の上面との接触面積が小さいことに加えて停滞部７５によるベアリング効果によって流体の摩擦抵抗を低減することができる。

また、撹拌翼７０の表面において洗濯水の水流の平均の速さが大きい領域のリブ７３の間隔は水流の平均の速さが遅い領域のリブ７３の間隔よりも狭く形成することにより、撹拌翼７０表面のレイノルズ数が一定になる。これにより、流体の撹拌翼７０に対する作用が均質化する。したがって、撹拌翼７０表面の流体に対する摩擦抵抗低減効果が均質化する。このため、撹拌翼７０表面の複数の領域においてレイノルズ数が一定になるようにリブ７３の配置及び形状を設計することにより、広範囲にわたる撹拌翼７０表面において摩擦低減効果を最大限に発揮させることができる。

また、隣接するリブ７３の間隔とリブ７３の高さの比は１００：１〜５：１の範囲内に形成され、５０：１〜１５：１の範囲内にあることがより好ましい。リブ７３の間隔がリブ７３の高さに対して広すぎると撹拌翼７０表面のリブ７３間に停滞部（渦）７５が形成され難く、撹拌翼７０の摩擦抵抗を十分に低減することができない。一方、リブ７３の間隔に対してリブ７３の高さが高すぎるとリブ７３と洗濯物が衝突して洗濯物を傷める。

隣接するリブ７３の間に撹拌翼７０を貫通する多数の小孔７４が設けられている。小孔７４は羽根部７１にも設けられている。小孔７４は、撹拌翼７０の回転時、負圧となる撹拌翼７０裏側の空間へ吸い込まれる水流を発生させる。

以上のように構成された洗濯機は洗濯物を撹拌槽３０の中に投入し、制御装置によって、運転開始を指令すると、給水弁を制御し所定水位まで給水を行う。洗濯工程に入ると、モータ４１の動力をベルト伝導機構４２、撹拌翼軸４５を通じて撹拌翼７０に伝達し、撹拌翼７０を右回転・左回転交互に動作させる。撹拌翼７０の動作に応じて、撹拌槽３０内の洗濯物と洗濯水が撹拌され、洗濯物の洗浄が進行する。

次に撹拌翼７０に設けられたリブ７３の間隔と高さの比と撹拌翼７０の駆動効率について評価を行った。図５はリブ７３の間隔と高さの比と撹拌翼７０の駆動効率の関係を示す。縦軸は撹拌翼７０の駆動効率ηを示し、リブ７３を設けない撹拌翼７０の駆動効率を１とする。横軸は隣接するリブ７３の間隔ｄとリブの高さｈの比ｒ（ｒ＝ｄ／ｈ）を示す。駆動効率ηは同一の洗浄効果が現れるまで洗浄を続け、その間に消費した電力消費量から算出した。駆動効率ηが高い場合、撹拌翼７０と流体との摩擦抵抗が低いことを意味する。

５≦ｒ≦１００のとき駆動効率ηが１より大きかった。特に１５≦ｒ≦３０における駆動効率ηがリブ７３を設けないものと比較して約１０％向上している。これは、撹拌翼７０の表面に設けた隣接するリブ７３によって撹拌翼７０の表面全体における摩擦抵抗が低減されたためと考えられる。なお、ｒ＜５のとき駆動効率ηが１より低下した。また、ｒ＞１００のときリブ７３を設けたことによる撹拌翼７０の性能に変化は見られなかった。

次に撹拌翼７０に設けられたリブ７３の高さと洗濯物の布傷み度合いの関係について評価を行った。図６はリブ７３の間隔ｄとリブの高さｈの比ｒ（ｒ＝ｄ／ｈ）がｒ＝３、ｒ＝３０、ｒ＝７５においてリブの高さｈと洗濯物の布傷み度合いの関係を示す。縦軸は布傷みの度合いを示し、横軸はリブの高さｈを示す。また、図７に図６のリブの高さｈが低い領域を拡大して示す。布傷みの度合いとは洗濯物の損傷評価値であるＭＡ値（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｔｉｏｎ：傷み値）と洗濯物の重量減少値の加重平均から算出した。

リブ７３を設けない場合のリブの高さを０とし、このときの布傷み度合いを１とした。なお、ｒ＝３０、ｒ＝７５において各リブの高さｈがｈ＝２０ｍｍ、ｈ＝８ｍｍを超える場合、隣接してリブ７３を形成できないので評価していない。また、撹拌翼７０の直径は４１０ｍｍのものを用い、撹拌翼７０の表面に形成するリブ７３の起点を径方向の中間より内側に設けた。

ｒ＝３のとき布傷み度合いはリブの高さｈが高くなるにつれて単調増加した。ｒ＝３０のときリブの高さｈが約２ｍｍになるまで布傷みは減少し、リブの高さｈが２ｍｍより高くなるとリブ７３を設けない場合と比較して布傷みの度合いが増加した。ｒ＝７５のとき布傷み度合いはリブの高さｈが高くなるにつれて単調増加した。

従って、リブの高さｈが大きくなるほど布とリブ７３がぶつかり布傷みが増加する。一方、リブの高さｈが一定であればリブ７３の間隔が大きいほど布傷みの度合いが低減される。また、ｒ＝３とした場合のリブの高さｈと布傷み度合いの関係はｒ＜１５において同様の傾向が見られた。ｒ＝３０とした場合のリブの高さｈと布傷み度合いの関係は１５≦ｒ≦５０において同様の傾向が見られた。また、ｒ＝７５とした場合のリブの高さｈと布傷み度合いの関係はｒ＞５０において同様の傾向が見られた。以上より、０＜ｈ≦２かつ、１５≦ｒ≦５０において布傷みの低減が可能であることが分かった。

本実施形態によると、流体の流れる方向に並設して該方向に横切るように延びる複数のリブ７３を羽根部７１及び凹部７２の少なくとも一方に設けたことにより、撹拌翼７０の回転により流体の流れが発生し、撹拌翼７０表面のリブ７３間において流体の一部が渦となり停滞部７５を形成する。リブ７３の上方を流れる流体はリブ７３の上面及びリブ７３間に停滞する停滞部７５上を流通する。このとき、流体とリブ７３の上面との接触面積が小さいことに加えて停滞部７５によるベアリング効果によって流体の摩擦抵抗を低減することができる。これにより、撹拌装置及び洗濯機１の省電力化を図ることができる。

また、流体の平均の速さが大きい領域のリブ７３の間隔を小さい領域のリブ７３の間隔よりも狭くすることにより、流体の平均の速さが大きい領域と小さい領域における撹拌翼７０表面のレイノルズ数が一定になり、流体の平均の速さが大きい領域と小さい領域における流体の撹拌翼７０に対する作用が均質化する。これにより、流体の平均の速さが大きい領域と小さい領域における撹拌翼７０表面の流体に対する摩擦抵抗が均質化する。

また、羽根部７１を放射状に複数設け、羽根部７１上に配したリブ７３ａが径方向に延びることにより、羽根部７１の上面における流体の摩擦抵抗を低減することができる。

また、外周側のリブ７３ａの間隔を内周側よりも狭くしたことにより、羽根部７１の上面において外周側と内周側のレイノルズ数が一定になり、外周側と内周側における流体の羽根部７１の上面に対する作用が均質化する。これにより、羽根部７１の上面において外周側と内周側の摩擦抵抗低減効果が均質化する。

また、羽根部７１を放射状に複数設け、凹部７２上に配したリブ７３ｂが周方向に延び、羽根部７１に近い位置で回転中心からの距離が小さく、離れた位置で回転中心からの距離が大きく形成されるので、凹部７２の上面における流体の摩擦抵抗を低減することができる。

また、羽根部７１に近い位置のリブ７３ｂの間隔が羽根部７１から離れた位置のリブ７３ｂの間隔よりも狭くすることにより、凹部７２の上面において羽根部７１に近い位置と羽根部７１から離れた位置のレイノルズ数が一定になり、羽根部７１に近い位置と羽根部７１から離れた位置における流体の凹部７２の上面に対する作用が均質化する。これにより、凹部７２の上面において羽根部７１に近い位置と羽根部７１から離れた位置の摩擦抵抗低減効果が均質化する。

また、隣接するリブ７３の間に複数の小孔７４を貫通して設けることにより、撹拌翼７０の回転時、負圧となった撹拌翼７０裏側の空間へ小孔７４を介して流体が吸い込まれる。

また、隣接するリブ７３の間隔ｄとリブ７３の高さｈの比を１００：１〜５：１の範囲内にすることにより、撹拌翼７０と流体との摩擦抵抗をさらに低減することができる。

また、隣接するリブ７３の間隔ｄとリブ７３の高さの比が５０：１〜１５：１の範囲内にすることにより、撹拌翼７０により撹拌される洗濯物とリブ７３との衝突を抑え、洗濯物が傷むのを防ぐことができる。

本発明は洗濯機に利用することができる。

１ 洗濯機
１０ 外箱
１１ 上面板
１１ａ 出入口
１２ ベース
１３ 脚部
１４ 洗濯物投入口
１５ 上蓋
２０ 水槽
３０ 撹拌槽
３１ 脱水孔
３２ バランサ
４０ 駆動ユニット
４１ モータ
４２ ベルト伝導機構
４３ クラッチ・ブレーキ機構
４４ 脱水軸
４５ 撹拌翼軸
５１ 接続管
６０ 排水ホース
６１ 排水口
６３ シールホルダ
６６ 排水空間
６７ 排水孔
６８ 排水弁
７０ 撹拌翼
７１ 羽根部
７２ 凹部
７３ａ、７３ｂ リブ
７４ 小孔
７５ 停滞部

Claims (7)

1. 少なくとも一面に配されて軸方向に突出した複数の羽根部と、前記羽根部に対して周方向に隣接して形成された凹部とを備え、回転によって流体を撹拌する撹拌翼において、
   前記凹部の上面には、軸方向に対して、高さが低い複数の第１部分と、高さが高い複数の第２部分を有し、
   前記第１部分は、前記羽根部に近い位置から離れた位置に向かって複数延びると共に、前記羽根部に近い位置で回転中心からの距離が小さく、前記羽根部から離れた位置で回転中心からの距離が大きいことを特徴とする撹拌翼。
2. 前記第１部分の幅は、前記羽根部に近い位置の方が前記羽根部から離れた位置よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の撹拌翼。
3. 少なくとも一面に配されて軸方向に突出した複数の羽根部と、前記羽根部に対して周方向に隣接して形成された凹部とを備え、回転によって流体を撹拌する撹拌翼において、
   前記凹部の上面には、前記撹拌翼の回転により流体が発生すると、流体の一部が渦となり停滞する停滞部を有し、
   前記停滞部は、前記羽根部に近い位置から離れた位置に向かって複数延びると共に、前記羽根部に近い位置で回転中心からの距離が小さく、前記羽根部から離れた位置で回転中心からの距離が大きいことを特徴とする撹拌翼。
4. 前記停滞部の幅は、前記羽根部に近い位置の方が前記羽根部から離れた位置よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の撹拌翼。
5. 前記停滞部の幅と前記停滞部の深さの比が１００：１〜５：１の範囲内にあることを特徴とする請求項３〜４に記載の撹拌翼。
6. 前記停滞部に貫通する複数の小孔を設けることを特徴とする請求項３〜５に記載の撹拌翼。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の撹拌翼を回転可能に配し、かつ流体を貯留する撹拌槽を備えたことを特徴とする洗濯機。