JP2011083465A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、洗濯物が投入された回転ドラムを回転駆動して脱水工程を行う際の、洗濯物の偏りに起因する回転ドラムの異常振動を回避して、安定した回転を維持しながら高速回転で駆動制御できないこと。
【解決手段】水槽３に振動検出部６を取り付け、水槽の位置変化量を検出する。振動値計算手段９は、位置変化量から振動値を計算する。回転数制御手段１０は、この振動値により、水槽の振動振幅を検知し、その結果に基づいて脱水工程の設定回転数の目標値を決定し駆動制御することで、安定した回転を維持しながら高速回転の脱水工程を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有底円筒形に形成された回転ドラムを、水槽内に設置し、回転ドラムを回転駆動することにより回転ドラム内に収容した洗濯物の偏りによる異常振動を回避して、安定しかつ高速回転で駆動制御した脱水を行う洗濯機に関するものである。

ドラム式洗濯機の構造の一例を図６に示す。洗濯機本体１内に、サスペンション構造（図示せず）によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。水槽２内には、有底円筒形に形成された回転ドラム３が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて支持されている。水槽２の正面側には回転ドラム３の開口端に通じる衣類出入口４が形成され、洗濯機本体１の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉５を開くことにより、衣類出入口４を通じて回転ドラム３何に対して洗濯物を出し入れすることができる。

回転ドラム３には、その周面に水槽２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に攪拌突起（図示せず）が設けられている。この回転ドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたドラム駆動モータ７によって正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽２には、注水管路８及び排水管路９が配管接続され、図示しない注水弁及び排水弁の制御によって水槽２内への注水及び排水がなされる。

扉５を開き回転ドラム３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯乾本体１の例えば前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、水槽２内には注水管路８から所定量の注水がなされ、ドラム駆動モータ７により回転ドラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。回転ドラム３の回転により、回転ドラム３内に収容された洗濯物は回転ドラム３の内周壁に設けられた攪拌突起によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路９から排出され、回転ドラム３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽２内に注水管路８から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においても、回転ドラム３内に収容された洗濯物は、回転ドラム３の回転により攪拌突起により持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。

このドラム式洗濯機には、回転ドラム３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路１１により、水槽２内の空気を廃棄して除湿し、過熱して乾燥させた空気を再び水槽２内に送風する。この循環送風経路１１の途中には蒸発器などの除湿手段、凝縮器などの加熱手段及び送風手段である送風ファン１２が設けられている。この循環送風経路１１を利用した乾燥工程では、循環送風経路１１を循環される空気中に主として衣類などの洗濯物から発生する糸くずなどの異物が混じって循環し、蒸発器や凝縮器の目詰まり、送風ファン１２の回転部への噛み込み、送風ファン１２の内面への堆積といった乾燥工程を実施するのに支障を来たし易いので、循環送風経路１１の途中に、循環空気中の異物を除去するフィルタ１３が設けられている。また、ドラム駆動モータ７の回転を検知するための回転検知部１４が設けられている。

以上のような構成のドラム式洗濯機においては、回転ドラム３は、その回転軸心を水平方向から前上がりさせた状態にして水槽内に配設されているため、回転ドラム３内に洗濯物を収納して回転させると、洗濯物や水が下方に偏りがちになる。そのため、回転ドラム３の回転に伴い振動が発生し易い。特に、回転ドラム３を高速回転させて洗濯物の脱水を
行う脱水工程を実施するとき、選択またはすすぎ工程の終了後は水を含んだ洗濯物が回転ドラム３内に収納されており、回転時に回転ドラム３の偏った位置に集まりやすい状態にある。洗濯物に偏りが生じると回転ドラム３を収容する水槽２に大きな振動が生じ、洗濯機に異常振動や異常騒音を発生させる。

大きな振動が生じた場合には、回転ドラム３の回転を一時停止させた後に再回転させる駆動制御や、回転ドラム３の回転数を減少させる駆動制御などにより洗濯物の偏りを解消させる制御動作が実施されている。

そのような制御動作を行うためには、大きな振動が発生した場合に、振動を速やかに検知する必要がある。例えば、特許文献１には、振動検知の手段として、回転ドラムを回転駆動する誘導モータをインバータ制御するインバータ回路の出力電流から振動発生を検知し、過振動警告を出力する洗濯機の異常振動検出方法が記載されている。

また、水槽の揺れを検知するセンサを設け、このセンサによって検知される振動検知出力に基づいて洗濯またはすすぎ工程から脱水工程への移行制御を行い、脱水工程中の異常検知により脱水動作を停止する制御を行う洗濯機の運転方法が、例えば、特許文献２に記載されている。

特開平６−１７００８０号公報 特開昭６１−０９８２８６号公報

そもそも、インバータ回路の出力電流の変化から振動を検知する方法は、異常振動を間接的に推定する方法であり、洗濯物の偏りが誘導モータの電流実効値に現れ、そのアンバランス状態が異常振動につながるという推定でなりたっている。しかし、異常振動を検出して過振動警告を出力し、回転を停止させ、あるいは回転数を減少させるだけでは、洗濯物の偏りに起因する異常振動を防止し、あるいは軽減するためには十分に効果的であるとは言えない。

また、センサによって水槽の振動を検知する運転方法では、低速回転によりバランス取り工程を行う場合に、洗濯物のドラム内面への張り付き方によって回転ドラムにアンバランスがあっても振動の振幅が小さいため、異常振動が検知できず、回転ドラムを高速回転させたときに大きな振動となり、そこで初めて異常振動として検知することになるため、高速回転に至る前に異常振動が発生するか否かを検知することができない。従って、異常振動が発生して停止するまでに洗濯物や洗濯機に損傷を与える恐れがあり、回転ドラムを停止させるまでに多くの無駄な時間が生じるという課題があった。

また、昨今の市場動向より、脱水工程時は高速回転をすることで脱水効率をあげ、時間を短縮する必要がある。これにより、異常振動や騒音を回避しながら、高速回転で駆動制御することが求められている。

本発明は、洗濯物が投入された回転ドラムを回転駆動して脱水工程を行う際の、洗濯物の偏りに起因する回転ドラムの異常振動発生前に推測して異常振動を回避し、安定した回転を維持しながら高速回転で駆動制御することを可能とした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、本発明では、水槽に設置した加速度センサ、つまり振動検出手段を備え、脱水工程を行う際の設定回転数を低速回転から順次高くなるよう複数設定し、設定回転ごとに振動検出手段の出力と予め設定された振動閾値とを比較して、振動検知手段の出力が振動閾値よりも小さい場合、次の高い設定回転数を目標値として制御するようにしたものである。

これによって、あらかじめ設定された振動閾値の設定を、異常振動を発生しないレベル、静音脱水を実現できるレベルものなど様々に選択することにより、洗濯物が投入された回転ドラムを回転駆動して脱水工程を行う際の、洗濯物の偏りに起因する回転ドラムの異常振動を回避したり、静音脱水を実現して、安定した回転を維持しながら高速回転で駆動制御することが可能なとなる。

本発明の洗濯機は、洗濯物が投入された回転ドラムを回転駆動して脱水工程を行う際の、洗濯物の偏りに起因する回転ドラムの振動を精度よく検知し、異常振動を事前に防止することにより、最適な脱水工程の高速回転での駆動制御を提供することができる。

本発明の洗濯機の構成図 （ａ）脱水工程時の回転ドラムの各回転数における振動閾値の関係を示す図 （ｂ）脱水工程の時間経過に伴う、回転ドラムの回転数と水槽の振動振幅を示す図 脱水工程時の制御フロー図 （ａ）脱水工程時の回転ドラムの各回転数における振動閾値の関係を示す図 （ｂ）脱水工程の時間経過に伴う、回転ドラムの回転数と水槽の振動振幅を示す図 設計用途に応じた回転数における振動閾値の関係示す図 従来の洗濯機の構成図

第１の発明は、筐体と、洗濯物を投入する回転ドラムと、前記回転ドラムを収容しかつ前記筐体から弾性支持機構により支持された水槽と、前記回転ドラムを回転させるモータと、前記水槽の振動を検出する振動検出手段と、洗浄、すすぎ、布ほぐし、脱水、乾燥の一連の工程を制御するシーケンス制御手段を備え、前記制御手段は、前記脱水工程において前記回転ドラムの回転数を停止から最高回転に向かって上昇させていく際に、回転数ごとに振動検知手段の出力と予め設定された振動閾値とを比較して、振動検知手段の出力が回転数ごとに定めた振動閾値よりも小さければ、許容上限値まで設定回転数の目標値を連続的に増加させるように制御する。

この構成により、脱水工程時の洗濯物の偏りに起因する回転ドラムの振動を検知し、最適な設定回転数で回転ドラムを駆動制御することができる。異常振動が発生する衣類の偏りがある場合、低速回転時には異常なほどの振動は起こらないものの、偏りのないものに比べて回転ドラムの振動は大きくなるものである。この状況を踏まえて、低い回転数の段階から、高速回転時の異常振動となりえる振動閾値をあらかじめ設定し、低い回転数から順次定められた複数の設定回転数で回転させ、その回転数ごとのあらかじめ定められた振動閾値（高速回転時に異常振動となりえる許容振動）にあるか否かを確認することで、異常振動を発生させることなく事前に衣類の偏りを認識することにより、安全で確実な脱水を行えるようにすることが出来る。

第２の発明は、第１の発明において振動検知手段の出力が回転数ごとに定められた振動閾値まで所定回転数以下で達したとき、回転ドラムの駆動を停止し布ほぐし工程へ戻るよ
う制御する。

これは低速回転で振動が大きい場合は、低速回転で回転ドラムを駆動制御するよりも、一度駆動を停止し洗濯物の偏りを解消した後、脱水工程を再開するほうが洗濯物の脱水を効率よく行うことができるためである。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において振動検知手段の出力が振動閾値まで達した回転数で所定時間回転した後、振動検知手段が振動閾値を任意値だけ下回る振動値を検知した場合、再び回転数を上昇させるよう制御する。

これは洗濯物が脱水されることにより、時間経過とともに洗濯物の含水量が減少することで衣類偏りの量が減少するために、水槽の振動が減少し更に高速回転が可能となるためである。この構成により、異常振動を防ぎならが更なる高速回転が可能となる。

第４の発明は、第１から第３の発明において振動閾値が、入力ボタンにより選択可能である。

これは洗濯機の家庭で使用するためもとめられるものであり、水槽の回転数と振動検出手段の出力から、洗濯機の騒音値を決定し、駆動する。昨今の市場では、異常振動を発生させないという安全面だけでなく、騒音を発生させない、つまりは静音化が求められている。この洗濯機の静音を満足する、各回転数に対する静音振動振幅値を許容上限１と定める。

またこれとは反対に、静音化よりも脱水工程を一回で終了させるような時間短縮が求められることもある。この脱水工程が中断される可能性が低く、安全面で許容される各回転数に対する安全振動振幅値を許容上限２と定める。

これにより、異常振動にならないレベルで脱水工程を中断することなく終了する可能性が高くなるようにしたり、振動により発生する騒音を抑えるように回転ドラムの設定回転数を制御することができる。

（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洗濯機の構成図を示すものである。図中に記載した本発明の主要な構成を順に説明する。

図１において衣類などの洗濯物を収容し回転する洗濯槽としての回転ドラム３は、モータ４と結合しており、回転して洗濯物を洗浄する。回転ドラム３を回転させるためのモータ４はブラシレスモータ等で構成し、回転速度は可変であり、洗濯工程では正転・反転を繰り返す。水槽２内に給水するための給水手段が搭載されている。回転ドラム３と水を収容する水槽２は、図１に示すように、弾性支持機構８（ばねやダンパーなど）を介して筐体１に固定する。水槽２の振動を検出する振動検出手段となる半導体加速度センサ６は、本実施の形態では、例として回転ドラム３の正面に対して左右方向の振動（加速度）を検出するものとする。

なお、加速度センサとしては、半導体加速度センサ、圧電型加速度センサなどのいずれでも良く、さらに多軸（２軸もしくは３軸）方向の加速度センサでも良い。実際の水槽２の振動は、必ずしも一方向に限定できないので、３軸の加速度センサを用いて、３軸の加速度成分を加算して合計したものを利用するのが良い。

更に、振動検出手段として、加速度センサのほかに、機械式振動センサ等々様々な振動
を検出する手段を適応することが出来る。

振動検出手段６で検出した振動（加速度）の出力変化から、振動値計算手段９により振動振幅の大きさを計算する。制御手段は、振動検知手段９で得た振動振幅の大きさと振動閾値を比較し、振動閾値よりも小さければ、次の高い設定回転数を目標値として駆動制御する。

具体的な制御方法を図２の各回転数における振動振幅と振動閾値の関係と、図３の脱水工程制御フローに示す。

まず制御手段は加速度ａ_１として回転ドラム３を駆動制御する。この時の回転ドラム３の振動振幅の大きさが、図２（ａ）に示されるような回転ドラムの設定回転数と振動閾値の関係式ｆ（ｎ）＝ＡＭｎ、例えば設定回転ドラムの回転数がＮ_１のとき振動閾値ＡＭ_１よりも小さい時、脱水工程の定格回転となっている高速での回転でも異常振動には至らないと判断し、常に振動振幅と振動閾値を比較しながら回転ドラム回転数を上昇させるように駆動制御する。

ここで、回転数Ｎ_１における振動閾値ＡＭ_１とは、設定回転数Ｎ_１においては異常振動とならないものの、脱水工程の定格回転数での高速回転を実現すると、異常とみなされる振動が発生する可能性が急激に高くなる振動値であり、設定回転数Ｎ_１で振動閾値ＡＭ_１より大きい振動が発生すると、脱水工程の定格回転数においては異常振動が発生すると予測できる値である。

この制御を繰り返し、図２においては設定回転数Ｎ_３を脱水工程における定格回転数として駆動制御することとなる。

さらに、設定回転数Ｎ_１以下の回転数であるにも関わらず、振動振幅が振動閾値ＡＭ_１を上回った場合、いったん脱水回転を停止し、衣類の偏りを軽減するよう、回転ドラムを駆動する布ほぐし工程を行った後再度脱水工程を行うか、給水し、すすぎ工程を行うことにより衣類の偏りを解消して、再度脱水工程を行うようにする。この時、各設定回転数で異常振動が発生するか検知しながら脱水工程を行うことで、高速回転で駆動制御することができる。

（実施の形態２）
次に、脱水工程での時間経過を考慮した高速回転の駆動制御の説明を、図４を参照しながら行う。

許容上限値まで回転ドラムの回転数を上昇させるように制御しても、水槽の振動振幅が大きく振動閾値を上回り、許容上限値よりも低い回転数で駆動制御することが起こりうる。

この時、振動振幅が大きい原因として、洗濯物の含水量が多いことが考えられ、これは脱水工程の時間経過により減少するものである。つまり、許容上限値まで回転ドラムの回転数が上昇していない場合、脱水工程の時間経過によって、洗濯物の含水量が減少し水槽の振動振幅が小さくなり、更に許容上限値に近くに回転ドラムの回転数を上昇するよう駆動制御することが可能となる。

実施の形態１でも説明したように、まず制御手段は加速度ａ_１で回転ドラムの回転数を上昇するように制御する。この場合、設定回転数Ｎ_２で水槽の振動振幅と振動閾値ＡＭ_２が同じ値となるので、回転ドラムは回転数Ｎ_２で駆動制御される。

脱水工程初期であれば、洗濯物は水分を多く含み、脱水工程の時間経過により水槽の振動振幅は図４（ｂ）に示すように減少することになる。

この水槽の振動振幅の減少が、偶発的なものか洗濯物の含水量が減少したためなのかを判断するため、図４（ａ）にあるように振動閾値式ｆ（ｎ）＝ＡＭｎよりも任意値だけ低い振動閾値式ｆ（ｎ）＝ＢＭｎを設定する。

脱水工程の時間経過により、水槽の振動振幅がｆ（ｎ）＝ＢＭｎを下回った場合、振動振幅の減少は洗濯物の含水量の減少に起因すると判断し、振動検知手段の出力が振動閾値式ｆ（ｎ）＝ＡＭｎよりも大きくなるまで、加速度ａ_２で再度回転ドラムの回転数を上昇するように制御し、その後同じ制御を繰り返す。

この駆動制御を行うことで、更なる高速回転の駆動制御を行うことができる。

（実施の形態３）
次に、振動閾値を選択可能にした制御に関して説明を行う。

図５において、振動閾値式ｆ（ｎ）＝ＡＭｎよりも高いｆ（ｎ）＝Ａ_１Ｍｎは許容上限値Ｎ４の回転数で回転ドラムを駆動制御したとき、振動閾値Ａ_１Ｍ_４は洗濯機が異常振動とならないように設定している。

これにより、標準仕様よりは振動は大きくなるが、脱水工程を途中で中断し、すすぎや布ほぐし工程へ戻る可能性は少なくなり、短い時間で脱水工程を終わらせることができる。

ここで、振動閾値式ｆ（ｎ）＝Ａ_１Ｍｎよりも低いｆ（ｎ）＝Ａ_１Ｍｎは、許容上限値Ｎ_４の回転数で回転ドラムを駆動制御したとき、振動閾値Ａ_２Ｍ_４は洗濯機の静音性能が達成できるように設定している。

ここでの静音性能とは、水槽や筐体の振動振幅により発生する騒音ｄＢ値が、市場での他の製品に対して十分優位差があるという意味であり、細かい数値議論は割愛する。

このように振動閾値を選択可能にすることにより、標準的な脱水振動だけでなく、異常振動を防ぎながら時短を可能にしたり、洗濯機の静音性能を確保しながら、回転ドラムを高速回転で駆動制御することができる。

さらに、この振動閾値式の設定を様々に定義することにより、洗濯機の使用に応じた最適な脱水工程を実現させることが出来る。

以上のように、本発明にかかる洗濯機、シーケンス制御方法およびプログラムは、洗濯物が投入された回転ドラムを回転駆動して脱水工程を行う際の、洗濯物の偏りに起因する回転ドラムの振動を精度よく検知し、最適な脱水を提供することができる。これは、家庭用の洗濯機だけでなく、業務用の洗濯機などに広く適用できる。

１ 筐体
２ 水槽
３ 回転ドラム
４ モータ（駆動手段）
５ 扉
６ 振動検出手段
７ 制御手段
８ ばね（弾性支持機構）
９ 振動振幅計算手段
１０ 回転速度制御手段
１１ シーケンス制御手段
１２ 攪拌突起
１４ ダンパー（弾性支持機構）

Claims (4)

1. 筐体と、洗濯物を投入する回転ドラムと、前記回転ドラムを収容しかつ前記筐体から弾性支持機構により支持された水槽と、前記回転ドラムを回転させるモータと、前記水槽の振動を検出する振動検出手段と、洗浄、すすぎ、布ほぐし、脱水、乾燥の一連の工程を制御するシーケンス制御手段を備え、前記制御手段は、前記脱水工程において前記回転ドラムの回転数を停止から最高回転に向かって上昇させていく際に、回転数ごとに前記振動検知手段の出力と予め設定された振動閾値とを比較して、前記振動検知手段の出力が回転数ごとに定めた前記振動閾値よりも小さければ、設定回転数の目標値を連続的に増加させて制御することを特徴とする洗濯機。
2. 前記振動検知手段の出力が回転数ごとに定められた前記振動閾値まで所定回転数以下で達したとき、前記回転ドラムの駆動を停止し、前記布ほぐし工程へ戻るよう制御した、請求項１に記載の洗濯機。
3. 前記振動検知手段の出力が回転数ごとに定められた前記振動閾値まで達したとき、その時の回転数で維持した後、前記振動検知手段の出力が前記振動閾値を所定値だけ下回った場合、再び回転数を上昇させる請求項１記載または請求項２の洗濯機。
4. 前記振動閾値は、入力ボタンにより変更することが可能な請求項１から請求項３に記載の洗濯機。