JP2008148996A - 回転体制御装置及びこれを備える洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の転動体が収容されたバランシング手段を備えた回転体において、複数の転動体同士の衝突音の発生を抑制することができる回転体制御装置及びこれを備えた洗濯機を提供する。
【解決手段】回転軸を中心に回転自在に取り付けられた回転体の回転動作を制御する回転体制御装置において、前記回転体と一体にかつ当該回転体の回転軸と同心に設けられた環状形状でなるレースと、当該レースの内部で移動自在に収容された複数の転動体とを有するバランシング手段４０と、前記レースの内部に収容された前記転動体の周方向位置を検知する位置検知手段４３と、位置検知手段４３により検知された前記転動体の周方向位置に基いて前記回転体の回転動作を制御する制御手段３２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転時に生じる偏心状態、いわゆるアンバランスを打ち消すためのバランシング手段が設けられた回転体の動作を制御する回転体制御装置及びこれを備える洗濯機に関する。

アンバランスが発生する回転体としては、例えば洗濯機のスピンバスケットが挙げられる。洗濯機の脱水工程においては、スピンバスケット内にある洗濯物がスピンバスケットの内周に沿って不均一に配置されて前記アンバランスが発生する。この状態でスピンバスケットを高速回転した場合には、スピンバスケットの回転軸に偏った力が加わり大きな振動が発生する。

このようなアンバランスによる振動を防止するために、スピンバスケットと同心状に設けられたレースと該レースの内部にオイルとともに収容された複数の転動体とを有するバランシング手段を備えた洗濯機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この洗濯機においては、スピンバスケットが高速回転された際に、アンバランスを打ち消すように転動体がレース内を自動的に移動して、回転軸に偏った力が加わることを防止するものである。ここで、複数の転動体は、回転数に応じて１つの群としてレース内を移動し、回転数が一定以上となった時点でアンバランスと対向する位置に配置されることになる。
特開平１０−４３４７２号公報

ところで、スピンバスケットの回転軸が重力の方向に交差して略水平に配置されたいわゆるドラム式の洗濯機においては、レース内を移動する複数の転動体の動作に重力が大きく影響することになる。すなわち、転動体が重力に逆らって上方に移動する際には、転動体の回転速度が回転体の回転速度よりもわずかに遅くなり、１つの群として移動している複数の転動体が２以上の群に分離することになる。特に、回転体が比較的低速で定常回転している際には、転動体に作用する遠心力の影響よりも重力の影響が大きくなるので、前述のような転動体の分離が発生しやすくなる。

そして、２つ以上の群に分離した転動体が再度接触する際に、転動体同士の衝突によって衝突音が発生する。ここで、転動体はアンバランスを打ち消すために、通常、鋼材のように密度が高く硬い材料で形成されているので、この衝突音が耳障りな異音として認識されるおそれがある。
また、回転体を停止させた際に、複数の転動体が上方に位置していると、これらの複数の転動体が２つの方向に分割されて下方に向けて移動して衝突し、異音が生じることがある。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、複数の転動体が収容されたバランシング手段を備えた回転体において、複数の転動体同士の衝突音の発生を抑制することができる回転体制御装置及びこれを備えた洗濯機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、回転軸を中心に回転自在に取り付けられた回転体の回転動作を制御する回転体制御装置において、前記回転体と一体にかつ当該回転体の回転軸と同心に設けられた環状形状でなるレースと、当該レースの内部で移動自在に収容された複数の転動体とを有するバランシング手段と、前記レースの内部に収容された前記転動体の周方向位置を検知する位置検知手段と、該位置検知手段により検知された前記転動体の周方向位置に基いて前記回転体の回転動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

この構成の回転体制御装置においては、位置検知手段によりレースの内部に収容された転動体の周方向位置を検知するとともに、この転動体の周方向位置に基いて回転体の回転動作を制御することにより、レース内を１つの群として移動している複数の転動体が重力等の影響で２以上の群に分離することを抑制し、転動体同士の衝突による衝突音の発生を防止することができる。また、回転体が停止した時点での転動体の位置を調整することにより、回転体の停止時に複数の転動体が１つの群として下方に向けて移動するように構成でき、転動体の衝突を防止できる。

本発明によれば、複数の転動体が収容されたバランシング手段を備えた回転体において、複数の転動体同士の衝突音の発生を抑制することができる回転体制御装置及びこれを備えた洗濯機を提供することができる。

以下に、本発明の第１の実施形態である洗濯機について添付した図面を参照にしながら説明する。
本発明の第１の実施形態である洗濯機１０は、洗濯工程、脱水工程を行うことが可能なドラム式洗濯機である。この洗濯機１０は、図１に示すように、筐体１１と、筐体１１の内部に配置されたタブ１２と、タブ１２の内部に回転自在に設けられたスピンバスケット２０（回転体）と、このスピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転させるモータ３０と、スピンバスケット２０に発生するアンバランスを打ち消すためのバランシング装置４０（バランシング手段）とを備えている。

タブ１２は、有底円筒状をなしており、その中心軸が重力の方向に交差するように水平面と略平行に配置されて前方側（図１において右側）に開口部が配置されている。このタブ１２は、筐体１１内部において複数のバネ１３やダンパ１４によって支持されている。また、タブ１２の底面には、後述するスピンバスケット２０の主軸２４を支持する軸受１５が設けられている。

このタブ１２の内部に配置されたスピンバスケット２０は、円筒状の側面板２１とこの側面板２１の前後面にそれぞれ結合される前面板２２及び後面板２３とを有している。前面板２２には開口部が形成されており、スピンバスケット２０の内部に洗濯物を出し入れできるように構成されている。
また、後面板２３の後方側（図１において左側）には、スピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転可能とする主軸２４が設けられており、この主軸２４がタブ１２の軸受１５に軸支されている。これにより、スピンバスケット２０の回転軸Ｌとタブ１２の中心軸とが一致するように配置される。

側面板２１には、内周側に向けて突出したリフタ２１Ａが、周方向に等間隔で複数形成されている。このリフタ２１Ａはスピンバスケット２０の回転に伴って内部の洗濯物をかき上げるものである。
また、側面板２１には、スピンバスケット２０の内部とタブ１２とを連通する多数の通水孔２１Ｂが穿設されており、洗濯時にはタブ１２に注水された水をこの通水孔２１Ｂを通じてスピンバスケット２０内に供給し、脱水時には洗濯物から脱水された水をタブ１２へと排出する構成とされている。

モータ３０は、例えばＤＣモータ３０であって、主軸２４をその回転軸Ｌ回りに回転させる構成とされている。
そして、このモータ３０には、モータ３０の回転速度を測定するための速度センサ３１が備えられている。このモータ３０の動作は、モータ回転制御部３２によって制御されている。

バランシング装置４０は、スピンバスケット２０の前面板２２及び後面板２３にそれぞれ設けられている。このバランシング装置４０は、スピンバスケット２０の回転軸Ｌを中心として同心状に形成された環状形状のレース４１と、このレース４１の内部にオイルとともに収容される複数のボール４２とを備えている。これら複数のボール４２は前記レース４１内を移動可能に配置されている。ここで、ボール４２は、密度が高く硬い金属（例えば、鋼材）で形成されている。

そして、このバランシング装置４０には、レース４１内のボール４２の周方向位置を検知するための位置検知手段として、反射型の光センサ４３が設けられている。前記レース４１は、この光センサ４３からの光信号を透過するように透明度が調整されている。これにより、光センサ４３からの光信号がレース４１の内部に照射され、金属製のボール４２が通過した際には光信号の反射が変動することになり、ボール４２の周方向位置を検知することが可能となる。

次に、バランシング装置４０のレース４１内に収容されたボール４２の動作について説明する。
スピンバスケット２０の内部に洗濯物を投入してスピンバスケット２０を回転させると、スピンバスケット２０の内周面の一部に洗濯物が張り付くようにして配置される。これによりスピンバスケット２０にはアンバランスが発生することになる。スピンバスケット２０をその固有振動数よりも高い回転数で回転させると、バランシング装置４０内の複数のボール４２がレース４１内を自動的に移動してアンバランスを打ち消すように配置される。

このように複数のボール４２がレース４１内を移動する際には、ボール４２には遠心力と重力とが作用することになる。ここで、スピンバスケット２０が例えば４００〜５００ｒｐｍ等の比較的低い回転数で回転している場合には、ボール４２には遠心力よりも重力が大きく作用することになる。
ここで、ボール４２が重力に逆らい上方に向かって移動する際には、重力の作用によってボール４２の移動速度がわずかに低下し、１つの群として移動していたボール４２が２つの群に分離する。ボール４２が上方に移動した際には重力による速度低下がなくなり分離していたボール４２が再度接触する。このとき衝突音が発生する。

ここで、本実施形態のモータ回転制御部３２においては、光センサ４３によってボール４２が重力に逆らって上方に向かって移動する位置、つまり、ボール４２の分離位置にきたこと検知する。この分離位置に達する直前に、モータ３０に指令を与えて、図４のグラフに示すように一時的にモータ３０の回転速度を上昇させる。これにより、ボール４２に重力が作用してもボール４２が２以上の群に分離することを防止する。

また、このスピンバスケット２０の回転を停止した際に、ボール４２がスピンバスケット２０の上方に位置していた場合には、図５に示すように、複数のボール４２が２つの方向（図５において右回りと左回り）の２つの群れとなって移動し、レース４１の下側部分で衝突し、異音が発生することになる。
そこで、本実施形態のモータ回転制御部３２においては、スピンバスケット２０を停止した際に、図６に示すように、複数のボール４２が分割せず１つの群になって移動する位置となるようにモータ３０の停止タイミングを調整する。

この構成の洗濯機１０によれば、バランシング装置４０のレース４１内部で移動自在に収容された複数のボール４２の周方向位置を検知可能な光センサ４３と、光センサ４３によって検知されたボール４２の周方向位置に基いてスピンバスケット２０を回転駆動させるモータ３０の回転数を制御するモータ回転制御部３２とを備え、光センサ４３によってボール４２が重力に逆らって上方に向かって移動する位置（分離位置）にきたこと検知し、モータ３０の回転速度を一時的に上昇させるように制御しているので、ボール４２が重力に逆らって上方に向かって移動する場合でもボール４２が２つの群に分離することを防止でき、衝突音の発生を抑制することが可能となる。

また、モータ回転制御部３２によって、スピンバスケット２０を停止した時点で、複数のボール４２が１つの群になって移動する位置となるようにモータ３０の停止タイミングが調整されているので、スピンバスケット２０の停止時におけるボール４２の衝突音の発生も防止することができる。

さらに、本実施形態では、レース４１内部のボール４２の周方向位置を検知するための位置検知手段として光センサ４３が配設されるとともに、レース４１が光センサ４３の光信号を透過可能な透明度で構成されているので、ボール４２の位置を確実に検知することができ、モータ回転制御部３２によりスピンバスケット２０の回転を精度よく制御することができる。

次に、第２の実施形態である洗濯機について説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第２の実施形態においては、図７及び図８に示すようにボール４２の周方向位置を検知する位置検知手段４４としてコンデンサマイク４４Ａと、このコンデンサマイク４４Ａで検出された衝突音からボール４２の位置を推定するボール位置推定手段４４Ｂとを備えている。

スピンバスケット２０が比較的低回転数で定常回転している際には、前述のようにボール４２の衝突が発生する。定常回転が開始された初期段階でのボール４２の衝突音をコンデンサマイク４４Ａで検出することにより、ボール４２が分離して再び接触するタイミングが分かる。スピンバスケット２０は定常回転されているので、この衝突音の発生タイミングは一定間隔となり、ボール位置推定手段４４Ｂによりボール４２の周方向位置を推定することができる。

ここで、モータ回転制御部３２においては、定常回転の初期段階でボール４２の衝突音を検出したタイミングよりも僅かに早いタイミングで、モータ３０の回転速度を一時的に上昇させるように制御する。また、モータ３０の１回転の回転時間を一定とするために、ボール４２が下方に向けて移動する時点で、モータ３０の回転速度をわずかに低下させるように制御している。

この第２の実施形態によれば、定常回転の初期段階で数回の衝突音が発生するものの、その後のボール４２同士の衝突を確実に防止することができる。また、ボール４２が下方に向けて移動する時点でモータ３０の回転速度を遅くして１回転の回転時間が一定とされているので、ボール４２の位置を精度良く検知することができる。さらに、安価なコンデンサマイク４４Ａにより衝突音を検出しているので、第１の実施形態のように、レース４１を透明度のある材質で構成する必要がなく、かつ、タブ１２の外側に配置することが可能となり、この洗濯機１０を低コストで製作することができる。

次に、第３の実施形態である洗濯機について説明する。なお、第１、第２の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第３の実施形態においては、図９に示すように、ボール４２の周方向位置を検知する位置検知手段４５は、モータ３０のトルクを測定するトルクセンサ４５Ａと、このトルクの変動からボール４２が分離した位置（分離位置）を推定するボール位置推定手段４５Ｂとを備えている。

スピンバスケット２０が固有振動数以上の回転数で回転している場合、前述のように、スピンバスケット２０に張り付いた洗濯物（アンバランス）に対向する位置にボール４２が位置することになる。この状態でアンバランスが打ち消されてスピンバスケット２０の回転が安定することになるが、ボール４２が上方に向けて移動する際に、２つの群に分離した場合には、釣り合い状態が一時的に崩れてしまう。このとき、モータ３０のトルク変動が発生するので、ボール４２が分離位置にあることを検知可能となる。

ここで、本実施形態においては、モータ回転制御部３２は、ボール４２が上方に移動して２つの群に分離する位置（分離位置）にあるときに、モータ３０の回転速度がランダムに変化するように制御する。

この第３の実施形態によれば、ボール４２が前記分離位置にあるときにモータ３０の回転速度がランダムに変更されるため、ボール４２の分離がランダムに発生し衝突音の発生状態が乱れることになる。このため、異音として認識される高い音響エネルギーが分散されることになり、衝突音の音圧レベルを低減することができる。また、１回転の回転時間が変化しないように回転速度をランダムに変更することで、回転数を一定に保持したままで衝突音の抑制を図ることができる。
また、第１、第２の実施形態のように光センサ４３やコンデンサマイク４４Ａを設ける必要がないので、この洗濯機１０の構成を簡単にすることができる。

以上、本発明の実施形態である洗濯機について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
この回転体制御装置を備える装置としては、実施形態で例示した洗濯機に限定されることはなく、遠心分離機等の他の産業機器や民生品であっても良い。

また、ボールの位置検知手段として、光センサ、コンデンサマイク、モータのトルクを測定するトルクセンサを備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の検知手段であってもよい。例えば、モータの速度変動や電流値の変動を検出してボールの位置を検知してもよい。

さらに、スピンバスケットの回転数が比較的低回転、具体的には４００〜５００ｒｐｍ程度での衝突音の防止について説明したが、回転数に制限はない。
また、位置検知手段と制御手段による制御方法については、この実施形態に記載された組み合わせに限定されることはなく、適宜設定することができる。例えば、光センサーを用いた第１の実施形態において、前記分離位置で第３の実施形態のようにモータの回転速度をランダムに変更させてもよい。

本発明の第１の実施形態である洗濯機の断面模式図である。 図１に示す洗濯機のブロック図である。 図１に示す洗濯機に備えられた光センサの取付図である。 レース内に収容されたボールの移動状態を示す説明図である。 停止時におけるボール位置とボールの移動状態を示す説明図である。 停止時におけるボール位置とボールの移動状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態である洗濯機のブロック図である。 図８に示す洗濯機に備えられたコンデンサマイクの取付図である。 本発明の第３の実施形態である洗濯機のブロック図である。

符号の説明

１０ 洗濯機
２０ スピンバスケット（回転体）
３０ モータ
３２ モータ回転制御部（制御手段）
４０ バランシング装置（バランシング手段）
４１ レース
４２ ボール（転動体）
４３ 光センサ（位置検知手段）
４４ 位置検知手段
４４Ａ コンデンサマイク
４５ 位置検知手段
４５Ａ トルクセンサ

Claims (5)

1. 回転軸を中心に回転自在に取り付けられた回転体の回転動作を制御する回転体制御装置において、
   前記回転体と一体にかつ当該回転体の回転軸と同心に設けられた環状形状でなるレースと、当該レースの内部で移動自在に収容された複数の転動体とを有するバランシング手段と、
   前記レースの内部に収容された前記転動体の周方向位置を検知する位置検知手段と、
   該位置検知手段により検知された前記転動体の周方向位置に基いて前記回転体の回転動作を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする回転体制御装置。
2. 前記位置検知手段は、
   複数の前記転動体が前記レース内において２以上の群に分離する分離位置を検知し、
   前記制御手段は、
   前記転動体が前記分離位置に到達する直前に回転速度を一時的に上昇させるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転体制御装置。
3. 前記位置検知手段は、
   複数の前記転動体が前記レース内において２以上の群に分離する分離位置を検知し、
   前記制御手段は、
   前記転動体が前記分離位置に到達する直前から回転速度をランダムに変化させるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転体制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記回転体の回転を停止した際に、複数の前記転動体が１つの群として移動する位置となるように、前記転動体の周方向位置に基いて前記回転体の停止タイミングを調整する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転体制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転体制御装置を備え、
   前記回転体は、洗濯物を収容するための内部空間を有し、かつ前記回転軸を中心に回転自在に取り付けられたスピンバスケットである
   ことを特徴とする洗濯機。

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