JP2005348804A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドラムと一体に回転するバランサ内の液体の移動を利用して偏心荷重の低減を図る際に、不所望の洗濯物の移動を回避してバランス調整の確度を高める。
【解決手段】ドラムを１００ｒｐｍで回転している状態で慣性モーメント量を計測し、それに基づき含水状態の負荷量を検知する。バランス調整実行時には、ドラム（及びバランサ）を１００ｒｐｍで回転させている状態から洗濯物の片寄りによる偏心荷重が所定位置に達したときに（Ｓ２２）一時的な減速を行うが（Ｓ２３）、減速から加速への切り替えの回転速度を負荷量が多いほど高く設定する（Ｓ２４〜Ｓ２８）。負荷量が多いとドラム最内方側に位置する洗濯物と回転軸との距離が短いが、減速時の回転速度が高いことによって遠心力の低下が小さくて済むため落下にしくい。それによって、ドラムの一時減速時の洗濯物の移動を回避しつつバランサの液体を的確に移動させる。
【選択図】 図６

Description

本発明はドラム式洗濯機に関し、更に詳しくは、遠心脱水の際に発生する振動を抑制又は低減する技術に関する。

ドラム式洗濯機では、周囲に多数の通水穴を有する周面略円筒形状のドラムを水平又は傾斜した軸を中心に高速で回転させ、それによってそのドラム内に収容されている濡れた洗濯物に含まれる水を絞り出し飛散させることで脱水を行う。こうした遠心脱水の際に、洗濯物がドラムの内周面上で周方向に片寄って配置され、それによって回転軸周りに質量のアンバランス（つまり偏心荷重）があると、ドラムの回転速度を上げたときにドラムが大きく振動し、それに伴ってドラムを内装する外槽が振動して外箱の内面に接触したり外箱自体が振動したりして、異常な騒音の発生の原因となる。そのため、こうした遠心脱水時の振動や騒音を軽減することは、ドラム式洗濯機における大きな課題となっている。

こうした遠心脱水時の振動抑制技術の一つとして、特許文献１、２及び非特許文献１に記載のものが知られている。これら文献に記載のドラム式洗濯機では、ドラムの両端面に円環状で中空のバランス室を含むバランサを設けている。バランス室にあっては、その外周壁面から内方に放射状に隔壁が形成され、その隔壁によってバランス室内は、内周側が開放した多数の区画室に区画されている。バランス室内には所定量の液体が封入されており、各区画室の内周側の開放面を通して液体は区画室に出入りする。各区画室にほぼ等量の液体が貯留された状態で該液体に作用する遠心力が重力に勝るような回転速度でドラムを回転させると、各区画室内の液体はその区画室内に保持され、バランサ自体の偏心荷重はほぼゼロになる。この状態からドラムの回転速度を落として一部の区画室に貯留されている液体を落下させて他の区画室に移動させると、各区画室内の液量が不均一になり、それによってバランサ自体に偏心荷重が生じる。洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重がある場合でも、それを相殺し得るような位置にバランサの液体を移動させることで、ドラム全体の偏心荷重を小さくすることができ、それによって遠心脱水時の振動や騒音を抑制することができる。

ドラム式洗濯機では、一般に、遠心脱水を行う回転速度よりも低い範囲に、振動が最大となる共振点が存在する。そのため、ドラム回転速度を脱水回転速度まで立ち上げる際には必ず共振点を通過する。上記バランサを用いたバランス調整はこの共振点よりも低い回転速度において行うことができるため、バランス調整によって偏心荷重を小さくした状態でドラムの回転速度を脱水回転速度まで上げるようにすれば、共振点を通過する際にも外槽や外箱の振動を効果的に抑えることができる。

しかしながら、上述したバランス調整技術では、ドラムの回転速度を一時的に減速することでバランサの液体に作用する遠心力を小さくして区画室から落下させているため、その回転速度の減速時に遠心力によってドラムの内周面に張り付いていた洗濯物も落下したり位置がずれてしまったりする場合がある。そうした場合、洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重の位置や大きさが変化してしまい、元の偏心荷重を打ち消すようにバランサの液体を移動することができたとしても、その偏心荷重自体の位置や大きさが変化したことによって打ち消しができなくなってしまう。また、こうしたことを繰り返すと、結局、バランス調整に非常に時間が掛かってしまい、脱水時間、ひいては洗濯所要時間が非常に長引いてしまうことになる。

特開２００３−２２０２９３号公報 特開２００３−２３０７９１号公報 "ドラム式洗濯乾燥機 AWD-B860Z(S) ランニングコストとその他のうれしい機能"、「デジタルG-Fall制御で低振動・低騒音化を実現！」、[online]、三洋電機株式会社、［平成１６年５月３１日検索］、インターネット、<URL : http://www.sanyo-laundry.com/awd/06/main.html>

本発明は上記課題を解決するために成されたもので、上記のように遠心力と重力との関係を利用してバランサの液体の移動を行うような構成のドラム式洗濯機において、バランス調整時に洗濯物の片寄りによる偏心荷重の状態が変動することを防止してバランス調整が良好に行えるようにすることを目的としている。

上記課題を解決するために成された本発明は、洗濯物を収容したドラムを水平軸又は傾斜軸を中心に高速回転させることで該洗濯物の脱水を行うドラム式洗濯機において、
脱水立ち上げ前の濡れた状態の負荷量を検知する負荷量検知手段と、
ドラム内での洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重を打ち消すような荷重をドラムに発生させるために、前記ドラムの一方又は両方の端面に装着され、ドラム回転軸の周りに放射状に形成された内周側に開口を備える複数の貯液槽を有するバランサと、
ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる回転速度であって且つ共振点に相当する共振回転速度よりも低いような回転速度でドラムを回転させている状態で、洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重を検知する偏心荷重検知手段と、
前記バランサの各貯液槽内の液体に作用する遠心力が重力よりも大きくなるような回転速度でドラムを回転している状態から、前記偏心荷重検知手段により検知される偏心荷重の回転位置に応じたタイミングで短時間だけ減速することにより、回転上方に位置している貯液槽内の液体を落下させて他の貯液槽内に移動させる又は廃棄することでバランサの偏心状態を変化させてドラム全体のバランスを調整するバランス調整制御手段であって、前記減速時の減速から加速へと切り替えを行う回転速度を前記負荷量検知手段による負荷量に応じて変更するバランス調整制御手段と、
を備えることを特徴としている。

なお、具体的な一態様として、前記バランサは、ドラムと同心且つ一体に回転可能に形成され、内部が中空である密閉環状体と、該環状体の内部に封入された液体と、を含み、前記密閉環状体の内部には外周面側から複数の隔壁が放射状に内方に突設され、隣接する隔壁の間に、内周面側で互いに連通し、遠心力によって外周面側に前記液体を保持可能な複数の区画室を前記貯液槽として有するものであり、
前記バランス調整制御手段は、前記区画室内に保持された液体に作用する遠心力が重力に勝る回転速度でドラム及びバランサを回転させている状態から、一時的にその回転速度を低下させることで、各区画室に保持されている液体を他の区画室に移動させるものである構成とすることができる。

本発明に係るドラム式洗濯機では、バランサはドラムと一体に回転するから、バランサの各貯液槽内の液体に作用する遠心力が重力よりも大きくなるような回転速度でドラムを回転していると、各貯液槽内の液体は遠心力によってその貯液槽内に保持され、バランサ自体の偏心状態は一定である。この状態から、貯液槽内の液体に作用する遠心力が重力を下回る回転速度まで短時間だけ回転速度を落とすと、その減速時にちょうど回転上方に到達した貯液槽内の液体は内周側の開口を通して落下する。上記態様のようにバランサが密閉環状体であって液体が封入されている場合には落下した液体は他の貯液槽内に入るし、バランサが開放体であって液体が出入り自由である場合には、落下した液体が他の貯液槽内に入る以外に廃棄されることもある。いずれにしても、貯液槽内の液体量が変化するのでバランサの偏心状態が変化するから、その偏心状態の変化で洗濯物の片寄りによる偏心荷重を相殺してドラム全体のバランスを調整することができる。

当然のことながら、バランサの液体を落下させるためにドラムを減速する際には洗濯物に作用する遠心力も小さくなる。ドラム内に収容されている脱水前の洗濯物は十分に水を含んでおり、水を介して洗濯物同士や洗濯物とドラム内周面とは互いに吸着する。そのため、ドラム回転時に洗濯物には遠心力に加えてこの吸着力が作用していることによって液体よりは落下しにくいが、回転速度を下げすぎると洗濯物も落下してしまう。このときに洗濯物に作用する遠心力はドラム回転軸から洗濯物までの距離（半径）に比例するため、ドラム内方、つまりドラム回転軸に近い位置にある洗濯物ほど遠心力が小さくなって落下し易い。

負荷量が少ない場合、洗濯物はドラム内周面に直接接触するか、或いは重なってドラム内方側に位置しているとしてもドラム回転軸から洗濯物までの距離は相対的に長い。これに対し、負荷量が多い場合には、洗濯物が幾重にも積み重なった状態となるため、ドラム回転軸から最もドラム内方側に位置している洗濯物までの距離は相対的に短い。そこで、バランス調整制御手段は、一時的な減速時に減速から加速へと切り替えを行う回転速度を、負荷量が多い場合には負荷量が少ない場合よりも高く設定する。遠心力は回転速度の二乗に比例するため、減速時の回転速度を相対的に高くしておけばドラム回転軸から近い距離にある洗濯物に作用する遠心力の低下を抑えることができ、洗濯物を落下しにくくすることができる。

このように本発明に係るドラム式洗濯機によれば、洗濯物の片寄りによって生じた偏心荷重をバランサを利用して積極的に解消しようとしたときに、洗濯物の片寄り状態が変化してしまうことを防止することができるので、バランサを利用したバランス調整によってドラム全体の偏心荷重を低減できる可能性が高まる。それによって、脱水立ち上げに要する時間を短縮化することができ、脱水時間、ひいては洗濯所要時間の短縮化を図ることができる。

また本発明に係るドラム式洗濯機において、脱水立ち上げ前の含水状態の洗濯物の負荷量を検知する方法とは各種の方法が考えられるが、好ましくは、重量センサ等の部品や回路を付加することなく、制御のみ、つまりマイクロコンピュータの制御プログラムの追加のみで対応し得ることが望ましい。そこで具体的には例えば、前記負荷量検知手段は、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる第１回転速度でドラムを回転させている状態から該ドラムを減速させるようにしたときに、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きく第１回転速度よりは小さい第２回転速度までドラムの回転速度が低下するまでの時間を計測し、該計測時間により慣性モーメント量を求め、該慣性モーメント量から含水状態での負荷量を検知する構成とするとよい。

ドラムを減速させる方法としては、ドラムを回転駆動するモータへの通電を停止する、モータ端子間を短絡させてモータの発電作用（逆起電圧）を利用しブレーキを掛ける、或いは、モータが逆回転するように通電を切り替えることでブレーキを掛ける、といった方法のいずれかを採用することができる。このような減速制御において負荷量が多いほど慣性モーメント量は大きくなるから、上記構成によって容易に且つ制御プログラムの追加のみで負荷量を高い精度で検知することができる。

以下、本発明の一実施例であるドラム式洗濯機について図面を参照して説明する。

図１は本実施例のドラム式洗濯機の外観斜視図、図２は本ドラム式洗濯機の要部の右側面縦断面図、図３は本ドラム式洗濯機の要部の正面縦断面図である。

外形を成す外箱１は上面から前面に掛けて前下がり湾曲形状に形成されており、この部分に大きな洗濯物投入口２が形成されている。この洗濯物投入口２を開閉するための上蓋３は短冊状のスラットが複数連結された構成を有しており、前後方向にスライド移動自在であって、上蓋３が閉鎖した状態で右側方に設けられた蓋開ボタン９を使用者が押すと、上蓋３は図１中に矢印で示すように後方に自動的にスライドして洗濯物投入口２が開放する。開放した状態の上蓋３を閉める際には、使用者は上蓋３の上面手前側に設けられた把手４に指を掛けて手前に引く。上蓋３が洗濯物投入口２を完全に閉鎖する位置まで達すると、図示しないラッチ機構により上蓋３はラッチされて閉鎖状態を保つ。

上蓋３の右側には、前後方向に延伸して複数の操作キーや表示器が設けられた操作パネル５が配置されている。なお、比較的使用頻度の低い操作キーの一部は後方側に起立自在の蓋体で覆われている。また、上蓋３を挟んで操作パネル５と反対側の左方後方には、横開き式の蓋体で覆われた洗剤容器６が設けられている。さらに、洗剤容器６の後方に外部の給水栓等にホースを介して接続される水道水給水口７が設けられ、操作パネル５の後方には別のホースを介して風呂の浴槽内等に接続される風呂水給水口８が設けられている。

次に、本ドラム式洗濯機の内部構成について図２、図３により概略的に説明する。
台座部１０の上には、周面が略円筒形状で両端面がほぼ閉塞された外槽１１が、外箱１の左右側面にそれぞれ端面が対向する状態で、左右両側上方から吊下げ支持する図示しない二本のスプリングと、前後方向に外槽１１の下部を支え受ける二本のダンパ１３とにより適度に揺動自在に保持されている。外槽１１の内部には、多数の通水穴１４ａが穿孔された、周面が略円筒形状で両端面がほぼ閉塞されたドラム１４が、左右方向に延伸する水平軸線Ｃを中心に回転自在に設けられている。このドラム１４の内周面には、周方向に約１２０°間隔で３個のバッフル１４ｂが取り付けられている。

ドラム１４の左端面中央に固着された主軸１５は、外槽１１の左端面に固定された第１軸受ケース１７に保持される軸受１８により支承される。他方、ドラム１４の右端面中央に固着された補助軸１６は、外槽１１の右端面に固定された第２軸受ケース１９に保持される軸受２０により支承される。この主軸１５及び補助軸１６により、ドラム１４の回転軸である水平軸線Ｃが形成される。

外槽１１の左端面から左方へと突出した主軸１５の先端には、アウタロータ型の直流モータであるドラムモータ２１の円盤状のロータ２１ｂが固定され、一方、モータ台を兼ねる第１軸受ケース１７にはドラムモータ２１のステータ２１ａが固定され、ステータ２１ａとロータ２１ｂの磁石とは対面している。図示しない制御回路からステータ２１ａに駆動電流が供給されるとそれに応じてロータ２１ｂが回転し、主軸１５を介してロータ２１ｂと同一の回転速度で以てドラム１４が回転駆動される。

外槽１１の周面の上部から斜め前方にかけて、外箱１の洗濯物投入口２と一致する位置に外槽開口１１ａが形成され、外槽開口１１ａを開閉するために、左右方向に水平に延在する内蓋軸２２を中心に後方に起立自在の内蓋２３が設けられている。また、ドラム１４の周面にもドラム開口１４ｃが形成され、このドラム開口１４ｃを開閉するために、前後に観音開き構造を有する二枚の蓋体２５ａ、２５ｂから成るドラム蓋２５が設けられている。ドラム１４は回転可能であるから、ドラム蓋２５の開閉動作時にはドラム開口１４ｃと外槽開口１１ａとが径方向に一致した位置でドラム１４を停止させ、その状態を維持する必要がある。そこで、ドラム１４の位置を固定するために、外槽１１左端面にあってステータ２１ａの下方にはドラムロック装置２６が設けられている。このドラムロック装置２６は、内蔵されたトルクモータ２６ａの動作によって係合ピン２６ｂが上下方向に進退する構成となっており、進出した係合ピン２６ｂがロータ２１ｂの所定回転位置に形成されている凹部２１ｃに噛み合うことによって、ドラム１４は回転しないようにロックされる。

さらにまた、ドラム１４の両端面の外周側には、脱水時にドラム１４を高速で回転させた際に洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重によるドラム１４の振動を抑制するべく、円環状で中空体であるバランス室２７を含むバランサが取り付けられている。このバランサを用いた振動抑制動作については後述する。なお、ここでは詳しく述べないが、外槽１１の右側面外側には、ファンモータ、乾燥用ヒータ、水冷除湿器等を含む加熱・送風装置が配設されており、補助軸１６の周囲からドラム１４内に高温の乾燥風を送り込み、ドラム１４内で湿った洗濯物との熱交換によって発生した湿気を含む空気を外槽１１から取り出して除湿・乾燥させて循環的に利用するようにしている。

図４は本実施例のドラム式洗濯機の要部の電気系構成図である。後述する回転センサ２１ｄとともに本発明におけるバランス調整制御手段、偏心量検知手段、及び負荷量検知手段として機能する制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマなどを含むマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに格納されている制御プログラムに基づいて、洗い、すすぎ、脱水及び乾燥の各行程の運転動作を行うための各種の制御を実行する。

制御部３０には、使用者が各種設定や指示を与えるために操作パネル５に設けられた操作部５ａからキー入力信号が与えられるとともに、外槽１１内に貯留された水の水位を検知する水位センサ３３、外槽１１内に貯留された水の温度を検知したり乾燥運転時に乾燥風の温度を検知したりするための温度センサ３４、上記ドラムロック装置２６に内蔵され、ドラムロック状態か解除状態かを検知するためのドラムロック検知部２６ｃなどから、それぞれ検出信号が入力される。

制御部３０にはインバータ駆動部３２が接続されており、ドラムモータ２１の回転に同期したパルス信号を発生する回転センサ２１ｄからの信号を受けつつ、インバータ駆動部３２を介してドラムモータ２１の回転を制御する。回転センサ２１ｄはホール素子を利用した位置センサであり、ここではドラムモータ２１の一回転当たり（つまりドラム１４の一回転当たり）７２個のパルス信号を等回転角度間隔で発生する。したがって、ドラムモータ２１が正確に一定速度で回転している場合にはパルス信号は等時間間隔で発生し、制御部３０は隣接するパルス信号の時間間隔によってドラムモータ２１の回転速度を検出することができる。

また制御部３０には負荷駆動部３１が接続されており、この負荷駆動部３１を介して加熱・送風装置に含まれるファンモータ３５及び乾燥用ヒータ３７、外槽１１内への給水を制御する給水バルブ３８、外槽１１内からの排水を制御する排水バルブ３９、ドラムロック装置２６に内蔵されたトルクモータ２６ａなどの動作をそれぞれ制御する。さらにまた、制御部３０は操作部５ａの操作に応じた表示や運転進行状況を知らせるための表示を行うべく表示部５ｂに表示信号を送る。

次に、バランサの具体的な構成及びその振動抑制動作について、図５を参照して説明する。まず、構成について説明すると、バランス室２７は内部に所定量の液体（塩化カルシウム溶液など）が封入された円環状中空体であって、その内部には外周壁面２７１からＬ字形状に延出する隔壁２７２が所定角度間隔で放射状に設けられている。この隔壁２７２によって、内部に封入された液体の自由な移動が妨げられる。したがって、バランス室２７内に封入されている液体に作用する遠心力が重量に勝るような回転速度でドラム１４を回転させると、液体は各区画室２７４内で外周側に片寄り、各区画室２７４内に保持される。つまり、区画室２７４間での液体の移動は起こらないので、各区画室２７４はその内部に保持している液体の重量の分だけ、それぞれの位置に重錘を付加したものとみなすことができる。

この状態では、全ての区画室２７４に同量の液体が保持されている場合、バランサによる偏心荷重は殆どゼロであるとみなすことができる。一方、液体が特定の１乃至複数の区画室２７４内に片寄って保持されている場合には、バランサによって回転軸周りにアンバランスが生じ偏心荷重が存在することになる。ドラム１４の内周面に張り付いた状態で回転している洗濯物の片寄りによって偏心荷重が生じている場合、その洗濯物に起因する偏心荷重と釣り合うような位置にバランサの偏心荷重を意図的に生じさせれば、ドラム１４全体の偏心荷重は減少する。バランサで生じる偏心荷重の位置と偏心量とを適切に制御すれば、ドラム１４全体の偏心量を振動の観点から問題のない程度にまで小さくすることができる。

バランサを用いたバランス調整の実行手順は次の通りである。まず、バランス調整動作の開始時には、バランス室２７内の液体に作用する遠心力が重力とほぼ均衡する程度の回転速度（本ドラム式洗濯機の場合には６５〜７５ｒｐｍ程度）でドラム１４を回転させる。このとき、バランス室２７の各区画室２７４において外周側に存在する液体は遠心力によって張り付き、各区画室２７４の内周側に存在する液体は重力によって落下して他の区画室２７４へと移動する。このため、ドラム１４を上記回転速度で暫時回転させると、全ての区画室２７４内に存在する液体の量をほぼ同程度にすることができる。このように液量が平均化された状態では、バランサによる偏心荷重はほぼゼロとなり、洗濯物の片寄りによる偏心荷重Ｗのみがドラム１４全体の偏心荷重となる（図５（ａ））。

次いでドラム１４の回転速度を少し上昇させる（通常１００ｒｐｍ程度）ことにより、各区画室２７４に保持されている液体に加わる遠心力を増加させ、液体の保持状態を安定させる。そして、一定速度制御の状態で、ドラム１４（又はロータ２１ｂ）の回転速度の変動に基づいてドラム１４全体の偏心荷重を検知し、検知した偏心荷重の位置に応じた所定のタイミングで以てドラム１４の回転速度を短時間だけ減速させる。すると、液体に作用する遠心力が減少するから、図５（ｂ）に示すように、ドラム１４の上方に持ち上げられつつある区画室２７４ａ、２７４ｂ、２７４ｃから液体がこぼれ落ちて下方を通過している他の区画室に入る。

なお、上記減速直前には、図５（ａ）に示すように、回転上方に位置している区画室からは液体が比較的こぼれ落ち易い状態になっているのに対し、回転上方を通り過ぎて回転下方に進みつつある区画室では、隔壁２７２の突片部２７３が液体のこぼれを堰き止める役割を果たすので、液体はこぼれにくい状態である。そのため、上記のように一時的に減速したときに、回転上方に持ち上げられつつある区画室及び既に上方に位置している区画室からは液体がこぼれ落ちるものの、回転下方に向かって進んでいる区画室内の液体はこぼれ落ちずに保持される。すなわち、所望の区画室内に収容されている液体のみが高い確度で落下するから、減速のタイミングを適切に決めることによって洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重Ｗが存在する位置近傍の区画室内の液量を減少させて、それに対向する位置近傍の区画室内の液量を増加させることができる。

上記のような減速動作を１乃至複数回繰り返すことにより、最終的には図５（ｃ）に示すように、偏心荷重Ｗが存在する位置近傍の区画室２７４ａ、２７４ｂ、２７４ｃ内の液体は殆どなくなり、それに対向している区画室近傍では液量が増加する。これにより、バランサによる偏心荷重と洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重とがうまくバランスし、ドラム１４全体の偏心荷重は小さくなる。

本実施例のドラム式洗濯機では、上記のようにバランサを利用した積極的なバランス調整によって、洗濯物の偏在による偏心荷重を相殺して小さくすることが可能である。しかしながら、上述したようなバランス調整の際に、洗濯物が落下又は移動して偏心荷重Ｗの状態が変化すると、せっかく液体を適切に移動したとしても、ドラム１４全体の偏心荷重は小さくならないばかりか、逆に大きくなってしまうおそれもある。そこで、本実施例のドラム式洗濯機では、こうした不具合が生じないように脱水立ち上げ時に特徴的な制御を行っている。

以下、上記バランス調整動作を利用した、脱水行程初期の脱水立ち上げ時の制御動作について、図６〜図８により詳細に説明する。図６及び図７は制御フローチャート、図８はこの制御動作を説明するための模式図である。なお、この洗濯機では、洗い運転や最終すすぎを除くすすぎ運転の後に中間脱水を行い、最終すすぎの後には最終脱水を行うが、ここでいう脱水行程とは中間脱水と最終脱水の両方を含む。

脱水行程が開始されると、制御部３０はまずインバータ駆動部３２を介してドラムモータ２１を作動させ、ドラム１４の回転速度を１００ｒｐｍまで上昇させるべく制御する（ステップＳ１０）。ドラム１４が１００ｒｐｍで回転されるとき、ドラム１４内の洗濯物に作用する遠心力は重力よりも大きくなり、洗濯物は完全にドラム１４の内周面に張り付いた状態でドラム１４と一体に回転する。

回転センサ２１ｄにより得られるパルス信号に基づいて回転速度が１００ｒｐｍに到達したことが検知されると（ステップＳ１１でＹｅｓ）、制御部３０は回転速度を１００ｒｐｍに保つように速度制御を行い、その状態で予備的な偏心量検知処理を実行する（ステップＳ１２）。ここで偏心量は、ドラム１４の回転速度を１００ｒｐｍに維持するように一定速度制御しているときの実際の回転速度の変動に基づいて求める。すなわち、ドラム１４に偏心荷重が存在している場合、ドラム１４の回転に伴って偏心荷重がドラム１４上方から下方に向かうときにはその偏心荷重はドラム１４を加速するように作用し、逆に偏心荷重がドラム１４下方から上方に向かうときにはドラム１４を減速させるように作用する。その加速作用及び減速作用によってドラム１４が一回転する間に回転速度は変動するため、制御部３０は回転センサ２１ｄから得られるパルス信号の時間間隔を計測することによって速度変動を求め、この変動量に応じて偏心量を推算する。このときに検知された偏心量をＰ１とする。

次に、制御部３０はこの偏心量Ｐ１が所定の閾値Ｗａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。閾値Ｗａは後述の負荷量検知を実行するか否かを決める判定値である。そして、偏心量Ｐ１が閾値Ｗａを超えている場合にはドラム１４の回転速度を減速させるか又は停止させてほぐし運転を実行し（ステップＳ１４）ステップＳ１０へと戻る。一方、偏心量Ｐ１が閾値Ｗａ以下である場合には、制御部３０は引き続いて１００ｒｐｍの回転速度において慣性モーメント量Ｑを測定し、その慣性モーメント量Ｑからドラム１４内の洗濯物の量、つまり負荷量Ｕを検知する（ステップＳ１５）。具体的には、例えばドラム１４を１００ｒｐｍで回転させている状態からドラムモータ２１への通電を一時的に遮断し（又はブレーキを掛けて）、回転センサ２１ｄからのパルス信号に基づいて、慣性力によって回転するドラム１４の回転速度が所定値（例えば９０ｒｐｍ）まで落ちるのに要する時間を計測し、その計測時間に応じて慣性モーメント量を求める。負荷量が多いほど慣性モーメントは大きくなる。このときに求まる負荷量Ｕは脱水前の、各洗濯物が十分に水を含んだ状態における負荷量であり、例えば洗剤目安量を決めるために洗濯運転開始前に検知する負荷量とは異なるものとなる。

その後、偏心量を再度検知して（ステップＳ１６）、検知された偏心量Ｐ２がバランス調整可能範囲である閾値Ｗｂ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ここで、ステップＳ１６で偏心量を測定するのは、希ではあるが、ステップＳ１５で慣性モーメント量を求める際に洗濯物が移動して偏心量が変化する可能性があるためである。この偏心量Ｐ２が閾値Ｗｂを超えている場合にはバランサを用いたバランス調整を最大限行っても、ドラム高速回転時に外槽１１の振動が許容し得る範囲に収まる程度にドラム１４の偏心量を小さくすることができない。そこで、上記ステップＳ１４へと進んでドラム１４の回転を減速して洗濯物をほぐし、脱水立ち上げを始めから再試行する。

ステップＳ１７で偏心量Ｐ２が閾値Ｗｂ以下であると判定されたときには、次に同じ偏心量Ｐ２が閾値Ｗｃ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。閾値Ｗｃは、ドラム高速回転時に振動が許容し得る範囲（通常、外槽１１が振動した際に外箱１内面等に接触することのない振動振幅を許容範囲として定める）に収まる最大値である。したがって、偏心量Ｐ２が閾値Ｗｃ以下であると判定されたときには、そのままドラム１４の回転速度を高速回転速度（５００〜１０００ｒｐｍ程度）まで上昇させることで脱水運転を立ち上げる（ステップＳ１９）。なお、高速回転速度は例えば負荷量等に応じてその値を設定してもよいし、或いは、まず一旦５００ｒｐｍまで速度を上げた後に偏心量を再度確認して、その結果に応じてその後の回転速度を決めるようにしてもよい。

一方、ステップＳ１８で偏心量Ｐ２が閾値Ｗｃを超えていると判定された場合には、そのまま、すなわちバランス調整を行わずにドラム１４の回転速度を上げると異常振動が発生する可能性が高いためバランス調整動作を実行し（ステップＳ２０）、その後にステップＳ１６へと戻ってバランス調整実行後の偏心量を確認する。

バランス調整の基本的な動作は上述した通りであるが、本実施例のドラム式洗濯機では、上記特徴的な制御を実行している。すなわち、バランス調整時にはまずドラム１４の回転速度を１００ｒｐｍに維持する（ステップＳ２１）。このときにはバランス室２７内の液体に作用する遠心力は重力よりも大きく、液体はそれぞれの区画室２７４内に保持されて区画室２７４間を移動することはない。一方、ドラム１４内に収容されている洗濯物に作用する遠心力も重量より大きいので、洗濯物はドラム１４内周面に張り付くようにしてドラム１４と一体に回転する。この状態で、制御部３０はドラム１４の回転速度の変動状態から偏心荷重の位置を検知する。

上述したように回転センサ２１ｄからのパルス信号が得られる度に偏心荷重が求まるから、偏心荷重はほぼ連続的にモニタされるものとみなし得る。制御部３０はその偏心荷重の位置を追跡し、その偏心位置が所定の回転位置に達したか否かを繰り返し判定する（ステップＳ２２）。そして、偏心位置が所定の回転位置に達したことが検知されると、電気的なブレーキを作動させて急速に回転速度を下げる（ステップＳ２３）。ブレーキが作動して急速に回転速度が下がり、バランス室２７内の液体に作用する遠心力が重力よりも小さくなると、上述したようにドラム１４の回転上方に位置している区画室２７４内から液体が落下し、下方を通過している区画室２７４に移動する。

一旦ブレーキを作動させてドラム１４の回転速度を落とした後に、再びドラム１４の回転速度を１００ｒｐｍに戻すタイミングは次のようにして決める。すなわち、先に検知された負荷量Ｕが５ｋｇ以下であるか否かを判定し（ステップＳ２４）、負荷量Ｕが５ｋｇ以下である場合には減速後の回転速度が５８ｒｐｍに到達したか否かを繰り返し判定し（ステップＳ２５）、回転速度が５８ｒｐｍまで落ちたときに１００ｒｐｍを目標に急加速を行う（ステップＳ２９）。ステップＳ２４で負荷量Ｕが５ｋｇを超えている場合には次に負荷量Ｕが１５ｋｇ以下であるか否かを判定し（ステップＳ２６）、負荷量Ｕが１５ｋｇ以下である場合、つまり５ｋｇと１５ｋｇの間である場合には減速後の回転速度が６０ｒｐｍに到達したか否かを繰り返し判定し（ステップＳ２５）、回転速度が６０ｒｐｍまで落ちたときに１００ｒｐｍを目標に急加速を行う。さらにステップＳ２６で負荷量Ｕが１５ｋｇを超えている場合には、減速後の回転速度が６２ｒｐｍに到達したか否かを繰り返し判定し（ステップＳ２８）、回転速度が６２ｒｐｍまで落ちたときに１００ｒｐｍを目標に急加速を行う。

すなわち、減速から加速へ切り替えるタイミングを決める回転速度は、負荷量Ｕが５ｋｇ以下のときには５８ｒｐｍ、負荷量Ｕが５ｋｇ〜１５ｋｇのときには６０ｒｐｍ、負荷量Ｕが１５ｋｇ以上のときには６２ｒｐｍと、負荷量が多いほど高い回転速度に設定している。これは次のような理由による。

いま、図８（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ少量負荷及び多量負荷の場合に１００ｒｐｍでドラム１４が回転している際のドラム１４内の洗濯物の状態を模式的に示している。少量負荷の場合には、洗濯物が少ないので各洗濯物は直接、ドラム１４の内周面に張り付いてドラム１４と一体に回転する。これに対し、多量負荷の場合には、洗濯物が多いので各洗濯物は重なり合って、全体としてドラム１４の内周面に張り付いてドラム１４と一体に回転している。ドラム回転軸に近い位置に存在する洗濯物について考えると、少量負荷の場合にはドラム１４内周面に張り付いているからその洗濯物までの半径ｒ１はほぼドラム１４の半径と同じであって長い。一方、多量負荷の場合には、積み重なっている洗濯物の最内周の洗濯物がドラム回転軸に最も近く、ドラム回転軸からその洗濯物までの半径ｒ２はｒ１に比べてかなり短くなる。

洗濯物に作用する遠心力はこの半径に比例するとともに回転速度の二乗に比例するため、少量負荷において洗濯物が落下しないような回転速度であっても、多量負荷では内周側の洗濯物が落下してしまう。そこで、多量負荷の場合でも洗濯物の落下を防止して洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重が変化しないようにするためには、回転速度を上げる必要がある。但し、上述したように遠心力は回転速度の二乗に比例するから、回転速度は半径の差ほど大きく変える必要はない。

このように多量負荷の場合に少量負荷の場合よりも減速時の回転速度を高く設定することにより、ドラム回転軸により近い位置にあって落下し易い洗濯物がバランス調整動作の際に落下することを防止し、洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重自体が変化してしまうことを防止することができる。なお、減速から加速への反転時の回転速度が５８〜６２ｒｐｍの範囲で変化しても、バランス室２７の区画室２７４内に保持される液体に作用する遠心力が重力よりも小さくなることには変わりはないので、バランス室２７内での液体の移動動作には殆ど影響がない。したがって、バランス調整によって洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重を低減できる確率が向上する。

なお、上記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で、適宜に変更、修正又は追加を行えることは明らかである。例えば、上記実施例は密閉環状体であるバランス室に封入された液体を移動させることでバランス調整を行っていたが、例えば区画室に相当する複数の貯液槽の内周側の開口が外槽内に開放するように設けられ、別途設けた注水機構によりドラムと一体に回転している貯液槽内に水等の液体を満たし、ドラムを減速することで一部の貯液槽内の液体を廃棄することでバランス調整を実行する構成としてもよい。

本発明の一実施例によるドラム式洗濯機の外観斜視図。 本実施例によるドラム式洗濯機の要部の右側面縦断面図。 本実施例によるドラム式洗濯機の要部の正面縦断面図。 本実施例によるドラム式洗濯機の要部の電気系構成図。 本実施例によるドラム式洗濯機におけるバランサを用いた振動抑制動作の概略説明図。 本実施例によるドラム式洗濯機における脱水の立ち上げ時の制御動作を示すフローチャート。 本実施例によるドラム式洗濯機における脱水の立ち上げ時の制御動作を示すフローチャート。 本実施例によるドラム式洗濯機における脱水の立ち上げ時の制御動作を説明するための模式図。

符号の説明

１…外箱
１１…外槽
１４…ドラム
１５…主軸
１６…補助軸
２１…ドラムモータ
２１ｄ…回転センサ
３０…制御部
３２…インバータ駆動部

Claims (3)

1. 洗濯物を収容したドラムを水平軸又は傾斜軸を中心に高速回転させることで該洗濯物の脱水を行うドラム式洗濯機において、
   脱水立ち上げ前の濡れた状態の負荷量を検知する負荷量検知手段と、
   ドラム内での洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重を打ち消すような荷重をドラムに発生させるために、前記ドラムの一方又は両方の端面に装着され、ドラム回転軸の周りに放射状に形成された内周側に開口を備える複数の貯液槽を有するバランサと、
   ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる回転速度であって且つ共振点に相当する共振回転速度よりも低いような回転速度でドラムを回転させている状態で、洗濯物の片寄りに起因する偏心荷重を検知する偏心荷重検知手段と、
   前記バランサの各貯液槽内の液体に作用する遠心力が重力よりも大きくなるような回転速度でドラムを回転している状態から、前記偏心荷重検知手段により検知される偏心荷重の回転位置に応じたタイミングで短時間だけ減速することにより、回転上方に位置している貯液槽内の液体を落下させて他の貯液槽内に移動させる又は廃棄することでバランサの偏心状態を変化させてドラム全体のバランスを調整するバランス調整制御手段であって、前記減速時の減速から加速へと切り替えを行う回転速度を前記負荷量検知手段による負荷量に応じて変更するバランス調整制御手段と、
   を備えることを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 前記バランサは、ドラムと同心且つ一体に回転可能に形成され、内部が中空である密閉環状体と、該環状体の内部に封入された液体と、を含み、前記密閉環状体の内部には外周面側から複数の隔壁が放射状に内方に突設され、隣接する隔壁の間に、内周面側で互いに連通し、遠心力によって外周面側に前記液体を保持可能な複数の区画室を前記貯液槽として有するものであり、
   前記バランス調整制御手段は、前記区画室内に保持された液体に作用する遠心力が重力に勝る回転速度でドラム及びバランサを回転させている状態から、一時的にその回転速度を低下させることで、各区画室に保持されている液体を他の区画室に移動させるものであることを特徴とする請求項１に記載のドラム式洗濯機。
3. 前記負荷量検知手段は、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる第１回転速度でドラムを回転させている状態から該ドラムを減速させるようにしたときに、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きく第１回転速度よりは小さい第２回転速度までドラムの回転速度が低下するまでの時間を計測し、該計測時間により慣性モーメント量を求め、該慣性モーメント量から含水状態での負荷量を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載のドラム式洗濯機。

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