JP4983579B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、水槽の複数方向の振動を検知する振動検知装置を備えたドラム式洗濯機において、共振域での前記振動検知装置から得られた各軸の共振脱水回転数の差の大きさに応じて、高速回転への移行可否の判定に用いる閾値を切り替えるドラム式洗濯機に関するものである。

ドラム式洗濯機の脱水行程で、低振動脱水を実現するためには、洗濯物をいかにしてドラム内壁に均等に張り付かせ、アンバランスの少ない状態で高速脱水に移行できるかが課題であり、これまでにも、水槽や筐体に設けた振動検知装置から得られた出力結果に基づいてアンバランスの大小を検知して高速脱水へ移行する判定を行う洗濯機が多数提案されている。さらにアンバランスの位置を特定し、特定した結果を高速脱水へ移行する判定に加え低振動脱水を実現しようとする洗濯機が提案されている。

例えば、衣類の回転軸方向前後の偏り具合を、水槽に取り付けた２つの振動検知装置で特定し、その特定結果に基づいて脱水回転制御を行なうドラム式洗濯機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、２軸以上の複数方向の振動を検知することができる振動検知手段で、各振動成分の位相角の差から衣類の前後方向のアンバランス位置を特定し、アンバランス位置に応じて高速脱水へ移行する判定手段の基準値を個別に設定するドラム式洗濯機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３８６５７９１号公報 特開２００６−３１１８８５号公報

しかしながら、前記従来の構成（特許文献１）では、偏り具合を特定するために、振動検知装置が２つ必要なため、機器のコスト上昇の要因となり望ましくない。

また、特許文献２の構成では、洗濯物の偏り具合によっては、各振動成分の最大値検知タイミングが大きくずれてしまい、位相角の差を求めることが困難になり、正確なアンバランス位置を特定できないという課題を有していた。

また、アンバランス位置は単純に前後方向だけでなく、一方が前側、もう一方が後側に偏った、いわゆる対角関係の複雑な偏り方をする場合もあり、このような偏り方を位相角の差だけでは特定できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、振動が大きくなるような衣類の偏り具合を、共振脱水回転数の差の大きさから特定し、効率的なアンバランス判定を実現することで、低振動、低騒音のドラム式洗濯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム式洗濯機は、外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記水槽を収容する筐体と、水槽と筐体間に取り付けて水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を検知するアンバランス検知手段とを備え、前記アンバランス検知手段は、前記振動検知装置から得られた各軸の出力ピークが現れる共振脱水回転数の差の大きさに応じて、以降のアンバランス検知の判定に用いる閾値を切り替えるようにしたものである。

本発明のドラム式洗濯機は、洗濯物のアンバランスの状態に応じた的確なアンバランス判定を行うことができ、低振動、低騒音の脱水を実現することができる。

第１の発明は、外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記水槽を収容する筐体と、水槽と筐体間に取り付けて水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた、複数方向の振動を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を検知するアンバランス検知手段とを備え、前記アンバランス検知手段は、前記振動検知装置から得られた各軸の出力ピークが現れる共振脱水回転数の差の大きさに応じて、アンバランス検知の判定に用いる閾値を切り替えるようにすることにより、脱水高速回転時にさほど振動が大きくならないアンバランス状態であれば更なる高速回転へと移行し、振動大に結びつくアンバランス状態の場合のみ、脱水を停止して脱水起動をやり直す行程へ移行することが可能となり、アンバランスによって生じる振動の低減を実現することが可能となるだけではなく、不必要なリトライ処理も減り運転時間の短縮も可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、各軸の共振脱水回転数の差が少ないほど、アンバランス検知の判定に用いる閾値を小さくすることにより、高速脱水に移行したときに大きな振動になると推測される状態を未然に検知し、低振動、低騒音の高速脱水を実現することができ、製品の安全性も向上することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、アンバランス検知を共振域通過後に行うようにしたことにより、共振域で検知したアンバランス特性結果に基づいて、アンバランス検知に用いる閾値を切替ることが可能となり、精度のよいアンバランス検知を行うことができる。

第４の発明は、外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの駆動を制御する制御手段と、前記水槽を収容する筐体と、水槽と筐体間に取り付けて水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を検知するアンバランス検知手段とを備え、前記制御手段は、前記振動検知装置から得られた各軸の出力ピークが現れる共振脱水回転数の差の大きさに応じて、定常脱水時の回転数を制御することにより、定常脱水時に大きな振動になる可能性が高いと判断した共振域での振動検知装置の複数方向の出力特性結果から、脱水回転数を低振動になる回転数に補正することによって脱水運転を継続し、脱水起動のやり直しによる運転時間の増加を発生させることなく、かつ、低振動、低騒音の脱水を実現することができる。

第５の発明は、第４の発明において、各軸の共振脱水回転数の差が少ないほど、定常脱水時の回転数を低くすることにより、定常脱水時に振動が大きくなる可能性が高いアンバランス状態であっても、定常脱水中の振動や騒音を抑えることができる。

第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれか１つにおいて、振動検知装置は、３方向の加速度の検出が可能な加速度センサであり、第１の方向は第２の方向と直交しかつ水平方向とし、第２の方向はドラムの回転軸方向に一致し、第３の方向は前記第１の方向と直交しかつ前記第２の方向とも直交していることから、複雑な水槽の動きを的確に判断することが可能となる。

第７の発明は、第１〜第６の発明のいずれか１つにおいて、振動検知装置は、水槽の外周上部で回転軸方向の前部に設けることにより、感度のよい振動検知を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるドラム式洗濯機の洗濯物のアンバランスによる振動を抑制させる制御装置のブロック図である。図１において、１０は筐体、１１は洗濯物を収容し回転させるドラム、１２はドラムを速度制御しながら回転させるモータである。１３はドラム１１を内包し水をためる水槽、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は水槽１３と洗濯物投入口のあるカバー１８との隙間をなくして接続するためのシールパッキン、１５は水槽１３の姿勢を保持するための支持ばね、１６はモータ回転時に発生する振動を低減して、筐体１０や床への振動伝達を小さくするための防振ダンパである。

１７は水槽１３の振動を検知する振動検知装置である。振動検知装置の例として、本実施の形態では加速度の変化を電圧変化として出力できる加速度センサを用いている。

本実施の形態における加速度センサは、比較的構造が単純なピエゾ抵抗型加速度センサを用いている。また、本実施の形態における加速度センサは３軸の検知が可能なものを採用しており、複数方向の振動を検知し、脱水の共振域で複雑な挙動をする水槽の動きを的確にとらえ、様々なアンバランス状態を検知することを可能にしている。ただし、加速度センサは２軸のものであってもよい。

本実施の形態における振動検知装置１７の取り付け位置は、水槽の上部前側としている。ドラム内の洗濯物のアンバランスが前部に存在する状態で高速回転へ移行したときの振動は後部に存在する場合と比較して大きくなるため、前部に大きなアンバランスがある状態で高速回転へ加速することを極力避ける必要がある。前部にアンバランスがある場合には水槽の揺れも前部側が顕著に現れやすいことから、振動検知装置の取り付け位置も前部とすることが望ましい。

１９は筐体１０を床に設置する防振ゴムで、支持ばね１５とダンパ１６で支持手段を構成している。さらに、２０は振動検知装置の出力に応じてアンバランスを検知するアンバランス検知手段、２１はモータ１２の回転を制御する制御手段である。

図２は、本発明の第１の実施の形態におけるドラム回転制御パターンのグラフである。脱水行程開始直後、洗濯物同士の絡みや塊をほぐし、衣類をドラム内周面に均等にはりつかせやすくするための、ほぐし行程を実施する。その後、共振域到達前に、ある程度大きなアンバランスを未然に検知して脱水を一旦停止させるための予備アンバランス検知を何段階か行っている（第１及び第２アンバランス検知区間）。その後、共振域（１４０〜２８０ｒｐｍ）において、３軸加速度センサの各出力ピークが現れる共振脱水回転数の差を計算し、計算結果をその後のアンバランス検知（第３アンバランス検知区間）での判定閾値補正に利用する。

図３は、前記共振脱水回転数差を計算し、その計算結果を基にアンバランス判定を行う一連の処理を表したフローチャートである。

共振域の始まり（１４０ｒｐｍ）に到達したら、ステップ３にて、３軸加速度センサ各軸毎の出力値とその時点でのドラム回転数から、３方向の振幅を計算し、前記回転数と振幅を記憶させる。なお、振幅（Ｘ）は以下の式より計算することができる。

Ｘ＝ａ÷（２πｆ）^２［ｍ］
ａ［ｍ／ｓ^２］・・・加速度、 ｆ［Ｈｚ］・・・回転周波数
以降、共振域を抜けるまで、１［ｍｓｅｃ］のサンプリング周期で加速度センサの出力を取得し、その都度各方向の振幅計算を実行する。計算した振幅が記憶されている振幅を上回ったら、記憶されている振幅とその時点の回転数を更新する。この処理を、共振域を抜ける（２８０ｒｐｍ）まで実施し、各方向の共振脱水回転数（第１方向はＲ１［ｒｐｍ］、第２方向はＲ２［ｒｐｍ］、第３方向はＲ３［ｒｐｍ］とする）を確定する。

ステップ５にて、前記確定した各方向の共振脱水回転数から、それぞれの差の合計（Ａ［ｒｐｍ］）を計算する。本実施の形態では、以下の式で各方向間全ての組み合わせの差の合計を計算している。

Ａ＝‖Ｒ１−Ｒ２‖＋‖Ｒ２−Ｒ３‖＋‖Ｒ１−Ｒ３‖
これらの組み合わせは、全ての組み合わせではなく、特定の方向間の差であっても良い。

共振域通過後に設けたアンバランス判定区間において、アンバランス量を検知し、高速脱水への移行可否判断を行っている。本実施の形態では、３００［ｒｐｍ］を前記アンバランス検知区間として共振域通過後のアンバランス判定を行っている（ステップ６）。ここで、前記記憶されている共振脱水回転数の差の合計（Ａ［ｒｐｍ］）に応じて、前記高速脱水への移行可否判断用に設定した所定の閾値の切替を行う。

すなわち、加速度センサ出力電圧のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ値（Ｖｐｐ「ｍＶ」）を測定し、出力のサンプリングとＶｐｐの更新を１［ｍｓｅｃ］ごとに行い、Ｖｐｐと閾値との比較判定を行うが、その際に前記Ａの値に応じてＶｐｐと比較するための閾値を切り替える。

例えば、前記Ａが２０［ｒｐｍ］以上であれば、定常脱水回転時における振動がさほど悪化しないアンバランス状態であるため、前記閾値を緩和する。一方で前記Ａが１０［ｒｐｍ］未満であれば、定常脱水回転時における振動が悪化するアンバランス状態であるため、判定閾値を厳しくする。これにより、アンバランス判定時に加速度センサから出力される各方向の振動レベルはさほど変わらないが、定常脱水時に振動が大きくなるバランス状態であることを判定することにより、定常脱水時の振動大を未然に防ぐことができる。

図４、図５は、脱水容量９ｋｇのドラム式洗濯機を用いて容量６ｋｇの洗濯物を脱水した時の共振域付近での３軸の加速度センサからの出力を表したものである。

図４は、３軸の共振脱水回転数の差が大きいときの出力を示し、図５は、３軸の共振脱水回転数の差が小さい時の出力を示している。図４と図５では、共振時の振動レベルに差は見られないが、定常脱水時の加速度センサの出力は回転数の差が小さい図５の方が大幅に増加していることが確認できた。

図６は、図４、図５と同一の機体を用いて容量６ｋｇの洗濯物を脱水させたときの共振脱水回転数の差と、アンバランス判定時の加速度センサ出力結果、及び定常脱水回転時（８３０［ｒｐｍ］）の水槽の各方向の振幅を記録した結果であり、複数回実験を行った結果を示している。なお、各実験毎に洗濯物を入れ直し、標準コースによる洗い行程を経て脱水を行っており、脱水開始時の洗濯物のバランス状態は毎回異なっている。

実験Ｎｏ．１及び３は定常脱水時の水槽の振幅が比較的小さく（１．２３［ｍｍ］〜３．１７［ｍｍ］）、このときの共振脱水回転数の差Ａはどちらも２０［ｒｐｍ］を超え、一方、実験Ｎｏ．２、４及び６は定常脱水時の水槽の振幅が比較的大きく（２．９６［ｍｍ］〜５．９２［ｍｍ］）、このときの共振脱水回転数の差Ａはどれも１０［ｒｐｍ］を下回っており、共振脱水回転数の差が大きいときは、定常脱水時の振動レベルが小さくなる傾向にあり、逆に差が小さいときは、定常脱水時の振動レベルが大きくなる傾向にあることを確認できた。

（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態におけるドラム回転制御パターンのグラフである。初めに、ほぐし行程を行った後、徐々に速度上昇し、共振域におけるアンバランス状態検知を実施し、定常域での振動が高いと予測される振動波形パターンの場合（例えば、図７において共振回転数の差が１０ｒｐｍより小さい場合）、定常脱水時の回転数を低くすることにより、定常脱水中の振動を抑えることができる。また、定常脱水時の回転数を低くした場合には、脱水性能も低下することから、定常脱水時間を一定時間増やすことによって脱水性能を維持させるための制御を行なう。

以上のように、本発明にかかるドラム式洗濯機は、共振域における水槽の複数方向の振動特性から定常脱水時に振動が大きくなるアンバランス状態を特定し、その結果に基づいてアンバランス判定や脱水回転制御を行うことができるので、脱水時の振動を抑えることができる、低振動低騒音型ドラム式洗濯機として有用である。

本発明の実施の形態１における洗濯機の制御装置のブロック図 本発明の実施の形態１におけるアンバランス検知過程のドラム回転数を示すグラフ 本発明の実施の形態１における、共振脱水回転数差の算出及び、算出結果を基にアンバランス判定閾値の補正を行う一連の処理を表したフローチャート 洗濯物６ｋｇを脱水させたときの、脱水回転共振域における３軸加速度センサの出力波形を示す図 洗濯物６ｋｇを脱水させたときの、脱水回転共振域における３軸加速度センサの他の出力波形を示す図 洗濯物６ｋｇを脱水させたときの共振脱水回転数の差と、アンバランス判定時の加速度センサ出力結果、及び定常脱水回転時（８３０［ｒｐｍ］）の水槽の各方向の振幅結果を示す図 本発明の実施の形態２におけるアンバランス検知過程のドラム回転数を示すグラフ

符号の説明

１０ 筐体
１１ ドラム
１２ モータ
１３ 水槽
１５ 支持ばね
１６ 防振ダンパー
１７ 振動検知装置
２０ アンバランス検知手段
２１ 制御手段

Claims (7)

1. 外周に通水孔を設けたドラムと、前記ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記水槽を収容する筐体と、水槽と筐体間に取り付けて水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を検知するアンバランス検知手段とを備え、前記アンバランス検知手段は、前記振動検知装置から得られた各軸の出力ピークが現れる共振脱水回転数の差の大きさに応じて、アンバランス検知の判定に用いる閾値を切り替えるようにしたドラム式洗濯機。
2. 各軸の共振脱水回転数の差が少ないほど、アンバランス検知の判定に用いる閾値を小さくするようにした請求項１記載のドラム式洗濯機。
3. アンバランス検知を共振域通過後に行うようにした請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
4. 外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの駆動を制御する制御手段と、前記水槽を収容する筐体と、水槽と筐体間に取り付けて水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を検知するアンバランス検知手段とを備え、前記制御手段は、前記振動検知装置から得られた各軸の出力ピークが現れる共振脱水回転数の差の大きさに応じて、定常脱水時の回転数を制御するようにしたドラム式洗濯機。
5. 各軸の共振脱水回転数の差が少ないほど、定常脱水時の回転数を低くするようにした請求項４記載のドラム式洗濯機。
6. 振動検知装置は、３方向の加速度の検出が可能な加速度センサであり、第１の方向は第２の方向と直交しかつ水平方向とし、第２の方向はドラムの回転軸方向に一致し、第３の方向は前記第１の方向と直交しかつ前記第２の方向とも直交するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
7. 振動検知装置は、水槽の外周上部で回転軸方向の前部に設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。