JP2003156382A - 重量センサ、及び重量センサを利用した洗濯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 洗濯機で負荷量などを検知するための超磁歪
素子を利用した重量センサにおいて、精度の高い測定を
可能とする。 【解決手段】 外荷重の変化に伴う超磁歪素子２のイン
ダクタンスの変化を検出するべくＬＣ発振の発振電流を
流すための第１コイル３と、ヒステリシスを除去するた
めにインパルス電流を流すための第２コイル６とを別に
し、超磁歪素子２の周囲に２重に巻回する。これによ
り、第２コイル６はインパルス電流に応じた太い線径と
することができるのでヒステリシスを確実に除去でき
る。また、インパルス電流が流れることによって第２コ
イル６が発熱しても超磁歪素子２がその影響を受けにく
いので、温度変化によるインダクタンスの変化が小さく
なり検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は重量センサ、更に詳
しくは磁歪素子を用いた重量センサ、及びそうした重量
センサを利用した洗濯機に関する。なお、この種の重量
センサは外荷重を測定するものであり、外荷重は重量で
ある以外に圧力、衝撃力などである場合もあるから、圧
力センサ、衝撃センサなどと呼ばれることもあるが、こ
こではそれらを含めて重量センサと呼ぶこととする。

【０００２】

【従来の技術】洗濯機において、例えば洗濯脱水槽内に
収容された洗濯物の重量を検知する負荷量検知手段や洗
濯槽内の水位を測る水位検出手段として、磁歪素子を用
いた重量センサを利用した洗濯機が知られている。図７
は、特開2000-288289号公報に開示されているこの種の
重量センサの概略構成を示す縦断面図である。この重量
センサ１は、円柱形状の超磁歪素子２と、超磁歪素子２
の周囲に巻回されたコイル３と、コイル３を取り囲む有
底円筒形状のケース４と、超磁歪素子２の一端面に密着
してケース４の開口端面から突出して設けられた受圧部
５とを有して成る。

【０００３】超磁歪素子２は、機械的な圧縮、伸長、捻
りなどの外荷重を受けて変形すると、その力の速度や大
きさに応じて磁気特性が変化する素子であり、特にその
変化量が大きなものである。そのため、重量センサ１に
おいては、例えば図７中に示すように受圧部５に外荷重
を受け、受圧部５を介して超磁歪素子２の上端面に圧力
が加わると、コイル３の自己インダクタンスが変化す
る。このコイル３のインダクタンスの変化を例えば該コ
イル３を含むＬＣ発振器の発振周波数の変化として検出
することにより、外荷重の大きさを測定する。

【０００４】このような重量センサ１は小型・軽量であ
って、且つ検出範囲が広いという特徴を有する。しかし
ながら、受圧部５に加わる外荷重の大きさとコイル３の
インダクタンスの変化との関係はヒステリシス特性を有
している。図８は、外荷重の大きさとインダクタンスと
の関係の一例を示すグラフである。図８に示すように、
外荷重が増加してゆく場合と反対に減少してゆく場合と
では、同一外荷重に対するインダクタンス値は同一には
ならない。そこで、こうしたヒステリシス特性を回避す
るために、コイルに大きなインパルス電流を流し、超磁
歪素子における磁気モーメントの方向を揃えるという方
法が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この重量セ
ンサ１は温度依存性も大きく、ヒステリシス特性を防止
するために大きなインパルス電流をコイルに流すと、そ
の電流によるコイル及び超磁歪素子の温度上昇が検出値
の誤差を生じる一因となる。また、瞬間的に大きな電流
を流すためにはコイルの線径を大きくして電流容量を大
きくしておく必要があるが、これに対し、超磁歪素子に
よる微小なインダクタンス変化を検出するには、コイル
の線径を小さくしてインダクタンスを高くしておくほう
がよい。そのため、検出精度を高めようとしてコイルの
線径を細くすると、充分なインパルス電流が流せず、ヒ
ステリシスが完全には解消されないばかりでなく、結果
的に温度上昇も大きくなって誤差を大きくするという矛
盾があった。

【０００６】ところで、一般に洗濯機は床面上に水平状
態で設置されていることが望ましく、傾いた状態にある
と、洗濯脱水槽に投入された衣類の量が正しく検知され
なかったり、洗濯脱水槽に注水された水の水位が正しく
検知されなかったりすることがある。その結果、充分な
洗浄が行われなかったり、逆に水を無駄に使用してしま
ったりすることになる。また、すすぎ時には洗濯脱水槽
の首振り運動が大きくなり、外槽が外箱に接触して異常
騒音の原因となるほか故障も起き易くなる。

【０００７】このようなことから、洗濯機の外箱底部の
四隅に設けられた脚部はそれぞれ高さの調整が可能とな
っており、洗濯機の設置場所に応じて各脚部の高さを調
整して洗濯機が略水平になるようにしている。一般に、
水平であるか否かの判定は簡易的な水準器を使用して行
われることが多いが、設置作業者のような熟練者であれ
ばよいが、一般の使用者が充分な水平状態であるか否か
を判断しながら調整を行うことは難しく、実際には充分
な水平が確保されない状態で洗濯機が使用されているこ
とも多いのが実状である。

【０００８】本発明は上記課題に鑑みて成されたもので
あり、その第１の目的は、磁歪素子を用いた重量センサ
において、ヒステリシス特性を解消しつつ高い精度で検
出を行うことができる重量センサを提供することであ
る。

【０００９】また本発明の第２の目的は、重量センサを
利用した洗濯機において、床面への設置時の水平調整作
業を容易に行うことができるようにした洗濯機を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段、発明の実施の形態、及び
効果】上記課題を解決するために成された第１発明は、
荷重を外力として磁歪素子により受け、該磁歪素子の磁
気特性の変化をインダクタンスの変化としてコイルで検
出し、該変化量に基づいて前記荷重を測定する重量セン
サにおいて、前記磁歪素子のインダクタンス検出のため
の通常発振用の第１コイルと、該磁歪素子のヒステリシ
ス特性を除去するためにインパルス状の電流を流すため
の第２コイルとを、前記磁歪素子を取り囲んで二重に巻
回して成ることを特徴としている。

【００１１】この第１発明に係る重量センサでは、ヒス
テリシス除去用のインパルス電流を流すための第２コイ
ルを通常発振用の第１コイルとは別に設けているため、
通常発振に比べて過大なインパルス電流が供給され、こ
れによって第２コイルが発熱しても、その熱が磁歪素子
や第１コイルに影響を及ぼさない。また、第２コイル
は、ヒステリシス特性を解消するのに充分な電流を流す
ことができるように太い線径の導電線を用いたものとす
ることができるから、磁歪素子のヒステリシス特性の影
響もほぼ完全に除去することができる。このようなこと
から、本発明に係る重量センサによれば、従来のこの種
の重量センサに比べて高い精度で外荷重を検出すること
ができる。

【００１２】なお、上記第１発明に係る重量センサで
は、第１コイルと第２コイルとは相互にトランス結合し
た状態にある。そのため、第２コイルにインパルス電流
が供給されたとき、両コイルの巻数の比に応じた電圧
が、第１コイルを介して発振駆動回路に印加されること
がある。ここで、電源電圧以上の電圧が発振駆動回路に
印加されることは好ましくないから、それを回避するた
めに、第２コイルに流すインパルス状の電流の電流値の
時間微分を所定値以下に抑えるように設定するとよい。

【００１３】また、上記課題を解決するために成された
第２発明は、洗濯脱水槽と、該洗濯脱水槽を内装した外
槽と、該外槽を外箱内部に揺動自在に吊支する複数の吊
棒と、を具備する洗濯機において、 a)前記複数の吊棒のうちの少なくとも二本に設けられた
重量センサと、 b)該重量センサによってそれぞれ検出された各吊棒に掛
かる荷重の検出値に基づいて、当該洗濯機の設置状態を
判定する設置状態判定手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１４】具体的な一態様として、前記設置状態判定
手段は、 b1)当該洗濯機が略水平に設置された状態での各吊棒に
掛かる荷重の標準値を予め記憶しておく記憶手段と、 b2)前記重量センサにより検出された、現時点での荷重
の検出値を前記標準値と比較することにより、当該洗濯
機の傾斜の有無又はその度合を判断する傾き判断手段
と、を含む構成とすることができる。

【００１５】ここで、重量センサとしては、上述したよ
うに、荷重を外力として磁歪素子により受け、該磁歪素
子の磁気特性の変化をインダクタンスの変化としてコイ
ルで検出し、該変化量に基づいて前記荷重を測定する重
量センサを用いることができ、好ましくは、上記第１発
明に係る重量センサを用いるとよい。

【００１６】第２発明に係る洗濯機では、外槽は複数の
吊棒を介して外箱の内部に吊支されているから、当該洗
濯機が床面上に水平に設置されている場合と傾いて設置
されている場合とでは、各吊棒に掛かる荷重が同一とは
ならない。そこで、各吊棒に設けられた重量センサによ
り各吊棒に掛かる荷重をそれぞれ検出し、その検出値を
標準値と比較し、全ての検出値がその標準値を中心とす
る所定の許容範囲内である場合には当該洗濯機が水平に
設置された状態であると判断を下す。逆に、いずれかの
検出値が所定の許容範囲を逸脱している場合には、当該
洗濯機は傾いて設置された状態であると判断する。洗濯
機が傾いて設置されていると、負荷量や水位が正確に検
知できなかったり、或いは、脱水運転時に洗濯脱水槽の
首振りが大きくなって揺動した外槽が外箱に接触する等
の問題が生じ易くなったりする。上記第２発明に係る洗
濯機の構成によれば、洗濯機が水平に設置されているか
否かを容易に判断することができ、設置の際の水平調整
作業が容易に行える。

【００１７】なお、重量センサは吊棒に掛かる荷重を検
出可能な位置であればどこに設けてもよいが、例えば、
吊棒をそれぞれ受ける吊棒支承部に設けるようにすれ
ば、荷重を正確に検出することができる。また、洗濯機
の傾き状況を正確に把握するには、全ての吊棒に重量セ
ンサを設けることが好ましい。

【００１８】更にまた、上記第２発明に係る洗濯機で
は、前記外箱の下部に設けられた複数の脚部はそれぞれ
高さが調整可能であって、前記傾き判断手段による判断
結果を、前記脚部の調整指示として表示する表示手段を
備えた構成とすることが好ましい。この構成によれば、
洗濯機が傾いて設置されている場合に、表示手段には複
数の脚部の調整指示、例えば調整すべき脚部の位置とそ
の方向（上又は下）、調整量などが表示されるから、使
用者や設置作業者はこの表示を見ながら簡便に傾きを調
整することができる。

【００１９】更になお、前記傾き判断手段は、当該洗濯
機の傾斜度合が所定の許容範囲を逸脱している状態から
該許容範囲内に移行したときに、使用者に報知を行う報
知手段を備えた構成とすれば一層好ましい。この構成に
よれば、上述したように使用者又は設置作業者が洗濯機
の傾きの調整作業を行っているときに、ほぼ水平な状態
になるとブザーなどの報知手段によりその旨が報知され
る。したがって、調整作業が一層簡単になり、短時間で
効率的に作業を終えることができる。

【００２０】

【実施例】まず、第１発明に係る重量センサの一実施例
について図面を参照しつつ詳述する。図１は本実施例に
よる重量センサ１の縦断面図、図２はこの重量センサ１
を含む重量測定回路４１の概略構成図である。なお、図
１において図７と同一又は相当部分には同一符号を付し
て説明を省略する。

【００２１】本実施例の重量センサの特徴は、超磁歪素
子２を囲んで、ＬＣ発振電流を流すための第１コイル３
とインパルス電流を流すための第２コイル６との２つの
コイルを２重に巻回している点にある。各コイル３、６
はそれぞれの用途に応じた仕様（サイズや巻数など）を
有している。すなわち、第１コイル３は微小なインダク
タンスの変化量を検出するために細い線径の導電線を用
いている。これに対し、第２コイル６はＬＣ発振電流と
比較して遙かに大きな電流を瞬間的に供給するため、許
容電流密度を大きくすべく太い線径の導電線を用いてい
る。なお、第２コイル６を外周側、つまり超磁歪素子２
から離れた位置に配することによって、超磁歪素子２に
対する第２コイル６の発熱の影響をより小さくすること
ができる。

【００２２】図２に示すように、重量センサ１の第１コ
イル３はＬＣ発振器１０に接続され、ＬＣ発振器１０は
第１コイル３のインダクタンスＬ１とコンデンサ（図示
しない）との共振によってインダクタンスＬ１に応じた
周波数を有する発振を生じさせる。周波数検出部１１は
その発振波形の周波数を検出して処理・制御部１３へと
入力する。この周波数は第１コイル３のインダクタンス
Ｌ１に応じた値となるから、処理・制御部１３は予め記
憶している検量線或いは計算式などを用いて、インダク
タンスの変化量から外荷重の大きさを算出する。また、
処理・制御部１３は所定のタイミングで、具体的には例
えば外荷重が増加から減少に転じるタイミング又はその
逆のタイミングで、インパルス電流供給部１２を介して
第２コイル６にインパルス電流を流す。これにより、超
磁歪素子２のヒステリシス特性が解消され、外荷重の増
加時と減少時とで或る外荷重に対して同一のインダクタ
ンス値が得られる。

【００２３】このように本実施例の重量センサ１によれ
ば、第２コイル６に充分なインパルス電流を流すことが
できるので、図８に示したような超磁歪素子２のヒステ
リシス特性を解消することができる。但し、第１コイル
３と第２コイル６とはトランス結合しているため、第２
コイル６に瞬間的に大きな電流を流すと、第１コイル３
と第２コイル６との巻数比に応じて第１コイル３に誘導
電流が誘起され、それによる電圧がＬＣ発振器１０に掛
かる。この電圧がＬＣ発振器１０の電源電圧以上である
と、回路を構成する電気素子が破壊される等のおそれが
ある。そこで、これを防止するためは、第２コイル６に
流すインパルス電流の微分値を所定値以下に抑えるよう
に設定するとよい。この所定値は第１コイル３と第２コ
イル６との巻数比やＬＣ発振器１０の電源電圧に応じて
適宜に決めるものとする。

【００２４】次に、第２発明の一実施例である洗濯機に
ついて説明する。図３は本実施例の洗濯機の内部構成を
示す概略側面断面図、図４は電気系構成図である。本実
施例の洗濯機において、外箱２０の内部には外槽２１が
４本（図３中では２本のみが見えている）の吊棒２２に
より吊支されており、外槽２１の内部には周壁に多数の
通水孔を有する洗濯脱水槽２３が主軸２５を中心に回転
自在に軸支されている。洗濯脱水槽２３の内底部には洗
濯物を撹拌するためのパルセータ２４が配置されてお
り、外槽２１の下面に取り付けられた駆動機構２６によ
って、洗濯脱水槽２３とパルセータ２４とが一体に、或
いは、パルセータ２４のみが回転駆動されるようになっ
ている。外箱２０の底部の四隅（図３では二箇所のみ見
えている）には、それぞれ独立に高さ調整可能な脚部２
７が設けられ、この脚部２７により洗濯機全体が床面Ｆ
上に支持されている。

【００２５】吊棒２２の取付構造について更に詳しく述
べると、吊棒２２の下端部は外槽２１の底壁より外側に
張り出した取付片２８を貫通し、その先端には圧縮コイ
ルばねを備えた防振体２９が設けられている。図３では
明らかでないが、コイルばねの上端は取付片２８に固着
されており、外槽２１の振動が取付片２８を介して防振
体２９に加わると、コイルばねが伸縮して外槽２１の振
動を吸収する。一方、吊棒２２の上端部は外箱２０から
内側に張り出した取付片３０に固定された吊棒支承金具
３１でもって上下方向に移動自在に保持されており、そ
の吊棒支承金具３１には吊棒２２に掛かる荷重を受ける
ように、上述したような超磁歪素子を用いた重量センサ
１が取り付けられている。重量センサ１は４本の吊棒２
２を支持する４個の吊棒支承金具３１にそれぞれ設けら
れている。この４個の吊棒支承金具３１にはそれぞれ外
槽２１の荷重が分散して加わるから、４個の重量センサ
１はそれぞれこの分散荷重を外荷重として受けることに
なる。

【００２６】図４において、上記４個の重量センサ１を
それぞれ備える重量測定回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，
４１ｄは、それぞれ独立に外荷重を検出してその検出値
を制御部４０に入力する。制御部４０はＣＰＵなどを含
んで構成されており、操作部４２からの操作信号を受け
取り、負荷駆動部４３を介して、上記駆動機構２６に含
まれるモータ４４の動作、給水バルブ４５及び排水バル
ブ４６の開閉動作などを制御する。また、複数のＬＥＤ
表示器などを備えた表示部４７を駆動すると共に必要に
応じてブザー４８を鳴動させる。

【００２７】次に、上記構成を有する本実施例の洗濯機
の特徴的な動作について説明する。この洗濯機では、使
用者が操作部４２において所定の操作を行うと、制御部
４０は水平設置調整処理を実行する。なお、この処理が
実行されるのは、洗濯脱水槽２３内に洗濯物が収容され
ておらず、また水も貯留されていない状態を前提として
いる。

【００２８】上記水平設置調整処理が開始されると、制
御部４０は重量測定回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１
ｄからそれぞれ検出値を読み込む。上述したように洗濯
脱水槽２３には洗濯物も水も入っていない状態である筈
であるから、このときの検出値は洗濯脱水槽２３や駆動
機構２６などを含めた外槽２１による分散荷重である。
各重量測定回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄにより
検出される分散荷重は、この洗濯機の設置状態に依存し
ている。つまり、本洗濯機が床面Ｆ上に水平に設置され
ている場合を基準として考えると、洗濯機が傾いている
場合には、傾いた下側により大きな分散荷重が掛かるこ
とになる。

【００２９】制御部４０はその内部に水平標準値メモリ
４０１を有しており、このメモリ４０１には、当該洗濯
機が例えば製造工場から出荷される時点で洗濯機を完全
に水平に設置した状態での各重量測定回路４１ａ，４１
ｂ，４１ｃ，４１ｄによる検出値を標準値として格納し
ておく。この標準値は防振体２９中のばねの強さのばら
つきなどの影響を受けるから、好ましくは一台一台個別
に測定して格納するのがよいが、平均値などを利用して
同一機種の洗濯機では同一の標準値としても充分な効果
がある。

【００３０】制御部４０では、水平標準値メモリ４０１
に格納されている４個の標準値と、現時点で測定された
４個の検出値とをそれぞれ比較する。例えばこれらの値
は図５中に示すようになる。或る１個の重量センサにお
いてその検出値と標準値とのずれが大きい場合には、そ
の大小関係に応じた方向に洗濯機が傾いていると判断で
きる。そこで、制御部４０では各検出値毎に標準値を中
心とする所定の許容範囲内に収まっているか否かを判定
する。そして、その判定結果を、上記検出値及び標準値
と共に、図５に示すような形式で表示部４７に表示す
る。ここで、判定結果は、所定の許容範囲内に検出値が
収まっている場合には、調整不要の印として「〇」で表
示されている。また、所定の許容範囲を検出値が逸脱し
ている場合には、脚部の高さ調整の方向が上向き矢印又
は下向き矢印のいずれかで表示されている。使用者又は
設置担当者はこの表示を見ながら、各脚部２７の高さ調
整を行う。

【００３１】但し、図５に示した表示例では、高さの調
整量については検出値と標準値とから作業者が判断する
必要があるため、一般の消費者にとってこのような表示
は必ずしも直感的に理解し易いものではない。そこで、
より簡易的に図６に示すような表示を行うとよい。この
表示では、４本の脚部２７の調整方向（上下）とその程
度を、矢印の方向及び太さで表している。例えば、前左
脚部及び前右脚部は高さを大きく下げる必要があること
を意味し、後左脚部は高さを少しだけ上げる必要がある
ことを意味している。このような表示とすることによ
り、使用者は直感的に理解し易い。

【００３２】このような表示を参考にしながら、脚部２
７の高さが調整され、全ての重量測定回路４１ａ，４１
ｂ，４１ｃ，４１ｄによる検出値が所定の許容範囲内に
収まると、制御部４０はブザー４８を鳴動させて調整が
完了したことを報知する。なお、例えば、ブザー４８の
鳴動音の周波数を変えることにより、調整が適切な方向
へ為されているか否かを報知する、等の適宜の変更を行
ってもよいことは当然である。以上のように、本実施例
の洗濯機によれば、洗濯機の水平設置作業を簡便に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１発明の一実施例である重量センサの概略
縦断面図。

【図２】 本実施例による重量センサを用いた重量検出
回路の概略構成図。

【図３】 第２発明の一実施例である洗濯機の縦断面
図。

【図４】 本実施例による洗濯機の要部の電気系構成
図。

【図５】 本実施例による洗濯機における水平調整方法
の説明図。

【図６】 本実施例による洗濯機において水平調整を実
施する際の表示の一例を示す模式図。

【図７】 磁歪素子を用いた従来の重量センサの概略縦
断面図。

【図８】 図７の重量センサにおいて外荷重の大きさと
インダクタンスとの関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…重量センサ ２…超磁歪素子 ３…第１コイル ４…ケース ５…受圧部 ６…第２コイル １０…ＬＣ発振器 １１…周波数検出部 １２…インパルス電流供給部 １３…処理・制御部 ２０…外箱 ２１…外槽 ２２…吊棒 ２３…洗濯脱水槽 ２７…脚部 ２８…取付片 ２９…防振体 ３０…取付片 ３１…吊棒支承金具 ４０…制御部 ４０１…水平標準値メモリ ４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…重量測定回路 ４７…表示部 ４８…ブザー Ｆ…床面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷重を外力として磁歪素子により受け、
   該磁歪素子の磁気特性の変化をインダクタンスの変化と
   してコイルで検出し、該変化量に基づいて前記荷重を測
   定する重量センサにおいて、 前記磁歪素子のインダクタンス検出のための通常発振用
   の第１コイルと、該磁歪素子のヒステリシス特性を除去
   するためにインパルス状の電流を流すための第２コイル
   とを、前記磁歪素子を取り囲んで二重に巻回して成るこ
   とを特徴とする磁歪素子を用いた重量センサ。
2. 【請求項２】 前記第２コイルに流すインパルス状の電
   流の電流値の時間微分を所定値以下に抑えるように設定
   したことを特徴とする請求項１に記載の重量センサ。
3. 【請求項３】 洗濯脱水槽と、該洗濯脱水槽を内装した
   外槽と、該外槽を外箱内部に揺動自在に吊支する複数の
   吊棒と、を具備する洗濯機において、 a)前記複数の吊棒のうちの少なくとも二本に設けられた
   重量センサと、 b)該重量センサによってそれぞれ検出された各吊棒に掛
   かる荷重の検出値に基づいて、当該洗濯機の設置状態を
   判定する設置状態判定手段と、 を備えることを特徴とする、重量センサを利用した洗濯
   機。
4. 【請求項４】 前記設置状態判定手段は、 b1)当該洗濯機が略水平に設置された状態での各吊棒に
   掛かる荷重の標準値を予め記憶しておく記憶手段と、 b2)前記重量センサにより検出された、現時点での荷重
   の検出値を前記標準値と比較することにより、当該洗濯
   機の傾斜の有無又はその度合を判断する傾き判断手段
   と、 を含むことを特徴とする請求項３に記載の重量センサを
   利用した洗濯機。
5. 【請求項５】 前記外箱の下部に設けられた複数の脚部
   はそれぞれ高さが調整可能であって、前記傾き判断手段
   による判断結果を、前記脚部の調整指示として表示する
   表示手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の重
   量センサを利用した洗濯機。
6. 【請求項６】 前記傾き判断手段は、当該洗濯機の傾斜
   度合が所定の許容範囲を逸脱している状態から該許容範
   囲内に移行したときに、使用者に報知を行う報知手段を
   備えたことを特徴とする請求項５に記載の重量センサを
   利用した洗濯機。