JP3293543B2

JP3293543B2 - 洗濯機

Info

Publication number: JP3293543B2
Application number: JP35265897A
Authority: JP
Inventors: 久夫金子; 誠織田; 重治中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JPH10137483A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦巻式、かくはん
式、ドラム式、超音波式などの電気洗濯機に係わり、特
に『手洗い』の動作に近い運転制御が可能な洗濯機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の洗濯機の運転制御方法は、例え
ば、吉田，他４"衣類の洗浄・乾燥技術とその応用"、三
菱電機技報,Vol 62,No.4 p8 1988 に記載されている。

【０００３】洗濯物の布量つまり、負荷量に係わらず洗
浄力を向上させる方法として、モータに取りつけたパイ
ロットゼネレータによって、かくはん翼の回転状態を検
出し、モータを正逆回転制御させ、かくはん翼に往復運
動を与え、さらに、かくはん翼が所定角度（強制回転角
度）回転したときにモータへの通電をやめ、かくはん翼
が概ね停止したのちにかくはん翼を逆回転させる運転制
御方法が有効なことが述べられている。さらに、洗浄に
は、布をからめることなく、布傷み、洗いむらの少なく
することが同時に必要なことが述べられている。

【０００４】また、特開平２ー２８６１９４号には、洗
濯の初期においてモータの正転、反転の通電時間を異な
らせてかくはん翼であるアジテータの回転角度をアンバ
ランスとしてその間に水を充分洗濯物に浸透させること
が述べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、単に
汚れを落とすという洗浄目的の他に、布がらみ、布傷み
が少なく、カーテンや毛布など大物や繊細な繊維からな
るランジェリーやウール製品など幅広く対応できるよう
にしているものの、洗浄効果と上記布がらみ、布傷みと
は相反するものであるためさらに一層の性能向上が要望
されている。

【０００６】本発明の目的は、洗浄効果を上げ、同時に
上記布がらみ、布傷み等を少なくすることのできる洗濯
機の制御装置を提供することにある。

【０００７】つまり、上記した従来技術の課題をより克
服すべく洗浄性能の向上を計かり、電気洗濯機を、より
実用的、かつ簡単な手段によって『手洗い』の状態に近
づけた洗濯機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の洗濯機は、洗濯物の洗濯に係る回転翼と、
この回転翼を駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御
する制御手段とを備えた洗濯機において、前記制御手段
は、前記回転翼の運動を始めの大きな回転角度と、始め
の惰性時間からそれらを次第に小さくして繰返す手洗い
を模擬した基本原則を有し、前記回転角度及び前記惰性
時間の低減率と繰返しの回数を再帰関数により一定範囲
のランダム量として運転を行うことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る洗濯機は、以下の考
え、及び手段を講じることによって、実現することがで
きる。（１）人の行なう手洗いの動作を、バイオ制御情報シス
テムであると考える。（２）人は、（１）の出力として手で布をつかんで動か
すことによって洗い方を決めているが、その手の動きを
洗濯機においては、回転翼を回転駆動することによって
行なう。（３）手の動きはフラクタル・カオス的な挙動を示す。
したがって、回転駆動される回転翼の回転速度のフラク
タル次元Ｄ（または、パワースペクトルが周波数に反比
例するときの勾配であるスペクトル指数β）を可変、あ
るいはカオス動特性として部分洗いのようなリミットサ
イクル的な動きから多周期的な動きを経て、全体洗いの
ようなカオスダイナミクスへ至るようにする。（４）手洗い時の手の動きは、その特徴のある周波数が
０．６〜１０Ｈｚにあるが回転翼では対象としている布
量などの違いより、概略その１／２の周波数の範囲とす
る。（５）可変とする回転翼の回転速度のフラクタル次元Ｄ
は、２〜１．５（スペクトル指数βで１．０〜２．０）
とし、洗濯の基本パターンをフラクタル次元Ｄで１．７
５，１．５，１．９（スペクトル指数βで概略１．５，
２．０，１．２）の３種類があると考える。上記手段は、（１）制御に自然らしさ、手仕上げの感覚が加わり性能
の向上に寄与する。（２）人の知識、経験、あいまいな推論や認識などを生
かすことができる。こととなる。

【００１０】したがって、上記の考え方、及び手段を洗
濯機に適用すれば、電気洗濯機の洗浄動作をより人の行
なう手洗いの状態に近づけられる。これにより電気洗濯
機の洗浄力が向上し、同時に洗いむらが低減されること
が期待できる。

【００１１】まず、『手洗い』の動作をバイオ制御情報
システムであるとして、またその結果、手洗い時の手の
動きは、拡張された意味で、つまり特定の周波数の範囲
内ではフラクショナル・ブラウン運動（Fractional Br
ownian motion:ｆＢｍ)のひとつであると考えて分析し
た結果を明らかにし、次いで本発明の実施例について説
明する。

【００１２】図５は、『手洗い』の動作をバイオ制御情
報システムであるとして考えた時のモデル化を示し、上
部が脳、下部が身体に相当する。ここで、人の行なう手
洗いの動作は、（ａ）数式だけでは表現されない、かつ非線形的ダイナ
ミズムつまりカオス的あるいはフラクタル的な挙動、あ
いまい性、学習、知識経験、などが統合された情報処理
が行なわれているバイオ制御情報システムである。（ｂ）数値化された一定値に合致、あるいは文書などで
記述された目標にいかに適合させるかでなく、その目標
そのものすら生成する。と考えられる。

【００１３】例えば、『部分洗い』では、汚れに対する
センサからの信号が強く発生され、人の脳にあたるニュ
ーロネットワークがある興奮パターンに個着され、特定
の周波数が強調されるような動きに近づき、『全体洗
い』では、自由度を高めて安定した制御が行なわれてい
ると考えられる。

【００１４】したがって、『手洗い』時の手の動きは、
その揺らぎがランダムに生成しているとは考えにくく、
フラクタル次元Ｄを持つはずである。ランダムであれば
次元は定まらない。また、次のような基本規則があると
推測できる。（１）洗濯物を手で掴んで例えば大きく下方向へ動か
し、反転して、上へ戻す。（２）次いで上記動作の振幅を徐々に小さくしながら数
回繰り返す。（３）再び大きく一方向、例えば上へ動かす。（２）の
動作を行なう。（４）上記動作（１）〜（３）を繰り返す。ただし振幅
は、毎回同じではない。

【００１５】ここで、実際に『手洗い』の動作を分析す
べく３つの洗濯のパターン（ａ）靴下の洗い（ｂ）Ｙシャツの全体洗い（ｃ）セータの押し洗いについて手の動きを測定したのが図２〜４である。図で
上図は手の変位対時間を下図はそのスペクトルを２乗振
幅比で示している。したがって、パワースペクトルＳ
（ｆ）は、この図の値を速度へ換算して、周波数の１０
倍に対して２０ｄＢプラスする傾斜を加えたものとな
る。

【００１６】図２〜４では、いずれもパワースペクトル
Ｓ（ｆ）の連続性と、フラクタル的時系列を有する（後
述するフラクタル次元Ｄが特定の周波数範囲で高い相関
係数を持って定義できる。）又は、パーワスペクトルＳ
（ｆ）が周波数に反比例するときの勾配β、つまりスペ
クトル指数βが特定の周波数範囲内の代表値で最小自乗
法によって高い相関係数（０．９以上）を持って定義で
きると言う大きな特徴を持っている。

【００１７】図２では、さらに図中直線の勾配で示した
スペクトル指数βが１に近い特徴がある。また、特定の
周波数の強調される傾向も見られる。

【００１８】同様に全体洗いである図３では、パワース
ペクトルＳ（ｆ）が連続的であり、概略１〜１０Ｈｚの
周波数範囲においてスペクトル指数βが１．５２と１．
５に近く、その相関係数０．９６で極めて高い。また、
図２に比べ動きがよりダイナッミクになっている。

【００１９】図４では、さらに低周波数の振幅が大きく
なり、スペクトル指数βは、１．８３であり、より２．
０に近付いている。

【００２０】一方、ｆＢｍは、Ｂ．マンデルブロとバン
ネスによってブラウン運動の拡張として定義付けが行な
われている。（B.B.Mandelbrot & J.W.V.Ness"Fraction
alBrownian Motions,fractional noises and applic
ations",SIAM Review 10,4(1968)422-437）つまり、ｆ
ＢｍであるＶ（ｔ）は、１変数の一価関数であり、

【００２１】

【数１】

【００２２】なるスケーリング則を規定するとして定義
される。

【００２３】Ｈは、ｌｏｇΔｔ対ｌｏｇΔＶのグラフの
傾きとして、あるいはスペクトル密度（パワースペクト
ル）Ｓ（ｆ）が周波数に反比例するときの勾配を意味す
るスペクトル指数βより求めることができる。

【００２４】Ｖ（ｔ）が統計的に自己アフィン・フラク
ショナル・ブラウン運動の関数であるとすれば、Ｈ、フ
ラクタル次元Ｄ、スペクトル指数βの関係は、

【００２５】

【数２】

【００２６】が成り立つ。

【００２７】したがって、スペクトル指数βが１．２，
１．５，２はそれぞれフラクタル次元Ｄが、１．９，
１．７５，１．５となる。スペクトル指数βは、前述し
た様にパワースペクトルＳ（ｆ）を特定の周波数範囲の
代表値で最小自乗法によって、またそのときの相関係数
も求めることができる。

【００２８】そこで電気洗濯機で上記手洗いの動作を図
５に準じて模擬すると、図１の様になる。手洗い時の手
の動きを洗濯機の回転翼の動きとして模擬する上で最低
限次のことを考慮した。（１）回転翼の動きのパワースペクトルＳ（ｆ）が連続
的となること。（２）手洗いの手の動きで特徴のある周波数範囲は、
０．６〜１０Ｈｚであるが、実際の洗濯機の回転翼の周
波数範囲は、それを概略１／２として模擬する。（３）スペクトル指数βを手洗いの代表パターンと同じ
に１．０〜２．０の範囲で可変とする。

【００２９】具体的に回転翼の動きとして模擬するに
は、測定データからサンプリングデータを得て、その大
きさを回転角度、あるいは停止時間として制御する方
法、測定データから規則を抽出してそれを基本規則とし
て繰返すことで制御することが考えられる。本実施例で
は後者の方法を説明する。

【００３０】そこで本発明の電気洗濯機では上記手洗い
の動作を模擬して、次のように運転する。（１）回転翼の強制回転角度と、その後通電を停止する
惰性時間を制御する。（２）始めの大きな回転角度と、惰性時間から次第に小
さくして繰返す。これを基本規則とする。（３）回転角度、惰性時間の低減率、繰返しの回数など
を一定範囲のランダム量とする。（４）上の動作を自己相似的に繰返す。以下、本発明を図面にて詳細に説明する。

【００３１】図６は、本発明による洗濯機の制御装置の
洗濯運転のＰＡＤ図（問題分析図：problem analysis d
iagram）である。図７は、図６のなかで使われている関
数（saik）のＰＡＤ図である。図８は、本発明の全自動
洗濯機の制御系統図、図９は、同洗濯機の断面図であ
る。

【００３２】図８、９において、１は制御装置の中心を
成すマイクロコンピュータであり、回転翼１３の回転角
度を検出するため減速機１４のプーリ１５に設けられた
回転位置検知器２、振れセンサ３、水位センサ４、交流
電源７の電圧が０となるタイミングを検知するゼロクロ
ス回路６、その他操作入力手段５などが入力される。ま
た、モータ８、減速機１４を洗濯のとき低速に、脱水の
とき高速に切替えるクラッチモータ９、排水を行なう排
水モータ１０、給水弁の開閉を行なう給水ソレノイド１
１は、いずれもソッリドステートリレ２１〜２５を介し
てマイクロコンピュータ１によって制御される。

【００３３】モータ８の回転は、モータ８の回転軸と一
体になったプーリ１８からベルト１９を介して減速機１
４のプーリ１５へ伝えられ減速機１４で所定の回転数に
変換されて最終的に回転翼１３に伝えられる。

【００３４】洗濯は、洗濯物が洗濯槽１６の中に入れら
れ、外槽１７に所定量で給水された状態で回転翼１３が
回転されることによって行なわれる。

【００３５】回転位置検知器２は、例えばプーリ１５に
複数個のマグネット、それに対向して１ヶのホール素子
を設け、回転に応じた信号が発生するように構成されて
いる。

【００３６】マイクロコンピュータ１は、上記回転信号
により回転翼１３の回転角度を検知する。上記カウント
の１カウント当たりの回転翼１３の回転角度を１０〜５
°となるように構成するとその制御性及び洗浄性能、布
傷みなどの点から最適である。

【００３７】つぎに、図６、７のＰＡＤ図によって実施
例による洗濯機の運転を説明する。（１）回転翼の回転を制御するパラメータ回転角度回転角度の低減率停止時間停止時
間の低減率の初期値の変動範囲（最小〜最大）を定める。

【００３８】同時に、基本規則に対する繰返しの次数
（回数）の最大値（ordmax）、繰り返しの係数（a、b、
c、d、N）も定める。

【００３９】（４）再帰関数（saik1）に初期値として
与える回転角度（length0）停止時間（teisi0）を（３）の変動範囲から線形合同法、あるいは記憶され
た乱数系列を利用するなどにより乱数化された値で与え
る。

【００４０】同様に、各再帰関数（saik1）の繰り返し
次数（回数）も２〜ordmaxの範囲で毎回ごとに乱数化し
た値で与える。

【００４１】（５）動作数（i）によって i<a ：正方向の再帰関数（正方向から回転し、回転角
度が正方向へづれた状態で終了する。） a<=i<b ：逆方向の再帰関数（正方向から回転し、回転
角度が正方向へづれた状態で終了する。） b<=i<c ：正方向の再帰関数 c<=i<d ：逆方向の再帰関数 d<=i ：正方向の再帰関数となるように最大値（N）まで初期の回転方向を切替え
ながら繰り返す。

【００４２】繰り返しの係数（a、b、c、d、N）は、後
で説明する再帰関数と自己相似となるように各方向の再
帰関数の繰り返し数を漸減的に与える如く定める。

【００４３】（ここで、a、b、c、d、Nを乱数的に与え
ても良い。）（６）正方向再帰関数において、実際の回転角度（leng
thカウント）、停止時間（teisi秒）、繰り返し次数（o
rd）に先の初期値を代入する。

【００４４】（７）teisi秒休止する。

【００４５】（８）正方向に回転位置検知器でlength=l
ength0カウントを数えるまで回転する。（９）回転角度
の低減率（ratio1）を（３）の変動範囲で乱数化された
値で与える。

【００４６】（10）停止時間の低減率（ratio2）を
（３）の変動範囲で乱数化された値で与える。

【００４７】（11）停止時間を低減して（teisi*ratio
2）秒だけ強制駆動を停止する。

【００４８】（12）逆方向に回転位置検知器で回転角度
を低減して（length*ratio2)カウントを数えるまで回転
する。

【００４９】（13）繰り返し回数（ord）を（ord-1）、
実際の回転角度（lengthカウント）を（length*ratio
1）、停止時間（teisi秒）を（teisi*ratio2）、として
関数自身を再帰的に呼び出す。

【００５０】（14）以下、次数ｏｒｄが０になるまで初
期の比較的大きな運動が徐々に小さなより高次な運動と
なって上記（７）〜（13）の動作を繰り返す。

【００５１】（15）洗濯の最終行程では繰り返し回数
（ord）を１２として先の動作に比べて大きくする。ま
た、回転角度は小さくし、停止時間は大きくする。これ
は、布の片寄りを無くし、脱水時の振動を低減するため
である。

【００５２】また、上記正方向の強制回転角度を与え、
次いで惰性回転時間、続いて逆方向の強制回転角度を与
える基本アルゴリズムにおいて、回転位置検知器２を省
略して強制回転角度を強制回転時間とするようにして
も、布量の大小に左右され易くなるものの、洗いむらの
低減と洗浄率を向上することができる。

【００５３】さらに、惰性回転時間の代わりに惰性回転
角度を制御しても同様の効果を得ることができる。

【００５４】以上述べた洗濯機の運転制御装置による回
転翼の動きを測定した例が図１０、１１であり、上図が
変位（回転角度）対時間を下図はそのスペクトルを２乗
振幅比で示している。

【００５５】図１０、１１のいずれも手洗い動作と同様
にパワースペクトルＳ（ｆ）の連続性と、フラクタル的
時系列を有し、スペクトル指数β、並びにフラクタル次
元Ｄが特定の周波数範囲（概略０．３〜５Ｈｚ）で高い
相関係数（０．９以上）を持って定義できることが実現
されている。また、図１０と１１は基本規則の繰返しの
回数（ord）の変動範囲を図１０では１〜３に、図１１
では２〜１０にしただけであるがスペクトル指数βは
１．０〜１．５（実際には１．２〜１．８程度）へ可変
できることを示している。さらに、実際の洗濯機の制御
装置へ適用した場合、大物洗いでスペクトル指数βを概
略２．０（フラクタル次元Ｄで１．５）、標準洗いでス
ペクトル指数βを概略１．５（フラクタル次元Ｄで１．
７５）、弱洗いでスペクトル指数βを概略１．２（フラ
クタル次元Ｄで１．９）にすることが洗浄力、布傷み、
などの点で良好であることを確認している。

【００５６】また、布量と布質を検知する手段を備える
ようにして、布量の大小と布質に応じて、あるいは洗濯
の進行行程に従って上記の制御方法の制御パラメータを
変化させれば、さらに好適な洗濯を行なうことができ
る。したがって、洗浄率を布量に応じ合理的に向上する
ことができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、洗濯物の洗浄を目的と
して係るアクチュエータの運動状態を制御することによ
り、より実用的、かつ簡単な手段によって、洗濯機の洗
浄動作が『手洗い』の状態に近づき、布がらみや布傷み
等を少なくして洗浄効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による洗濯機の動作を示すブロック図で
ある。

【図２】代表的な手洗い動作（靴下洗い）の分析結果を
示す上図が変位対時間特性、下図がそのパワースペクト
ル（２乗振幅比）である。

【図３】代表的な手洗い動作（Ｙシャツ全体洗い）の分
析結果を示す上図が変位対時間特性、下図がそのパワー
スペクトル（２乗振幅比）である。

【図４】代表的な手洗い動作（セータ押し洗い）の分析
結果を示す上図が変位対時間特性、下図がそのパワース
ペクトル（２乗振幅比）である。

【図５】手洗い動作をバイオ制御情報システムとして捉
えた場合のブロック図である。

【図６】本発明による洗濯の運転方法を示す概略ＰＡＤ
図（問題分析図）である。

【図７】図６の中で使用されている再帰関数の概略ＰＡ
Ｄ図である。

【図８】本発明による洗濯機の制御装置の実施例のブロ
ック図である。

【図９】本発明における洗濯機の洗浄機構の断面図であ
る。

【図１０】本発明の運転で基本規則における繰返しの次
数（回数）を１〜３とした場合の回転翼の回転変位の時
間変化とそのパワースペクトルの例である。

【図１１】本発明の運転で基本規則における繰返しの次
数（回数）を２〜１０とした場合の回転翼の回転変位の
時間変化とそのパワースペクトルの例である。

【符号の説明】

１…マイクロコンピュータ（模擬する手段）、２…回転位置検知器、８…モータ（駆動する手段）、１３…回転翼（アクチェータ）、１５…プーリ、１６…洗濯槽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野重治茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献特開平５−257509（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D06F 33/02 G05B 13/02 G05B 19/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】洗濯物の洗濯に係る回転翼と、この回転翼
を駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御する制御手
段とを備えた洗濯機において、前記制御手段は、前記回転翼の運動を始めの大きな回転
角度と、始めの惰性時間からそれらを次第に小さくして
繰返す手洗いを模擬した基本原則を有し、前記回転角度
及び前記惰性時間の低減率と繰返しの回数を再帰関数に
より一定範囲のランダム量として運転を行うことを特徴
とする洗濯機。