JP2011101668A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】洗濯物の動きに起因する振動を検出しながら、短時間にドラムを繰り返し急反転させることで洗濯物の絡みをほぐし、洗浄性能を向上させ、脱水振動を低減させる。
【解決手段】周波数成分計算部８から求められた特定の周波数の範囲において、振動スペクトルのピーク値と振動スペクトルの平均値の差が一定の割合から外れた際に、ドラム２を短時間で繰り返し急加速、急反転させる動作を行うことで、洗濯物の絡みをほぐし、洗浄性能を向上させ、脱水振動を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗い、すすぎ、脱水を逐次実行する洗濯機に関するものである。

従来、このような洗濯機はドラムの水槽に加速度センサを取り付け加速度センサ出力の変化量と、モータのトルク電流成分の変化量から、洗濯物の挙動を推定して、ドラムを回転させるモータの回転数を変化させる制御手段を備えている（例えば、特許文献１）。

図５は、特許文献１に記載された従来のドラム式洗濯機の構成を示すものである。筐体１内にサスペンション構造によって支持された水槽２内に、回転ドラム３が配設され、回転ドラム３はモータ４によって回転駆動され、開閉自在に設けられた扉５を開くことにより水槽２の正面開口部および回転ドラム３の正面開口部を通して洗濯物を回転ドラム４内から出し入れできるように構成されている。水槽２には半導体加速度センサ６が取付けられ、この半導体加速度センサ６の出力の変化量と、モータ４のトルク電流成分の変化量から、洗濯物の挙動を推定して、モータ４による洗浄運転を制御する制御手段７が設けられている。

特開２００６−３４６２７０号公報

しかしながら、このような従来の洗濯機の構成では、洗濯物の挙動を把握し、洗浄特性に優れた洗濯を実施するためにドラムの回転数を適切に制御することが困難であるといった課題が存在した。

すなわち、第１には、受け筒に加わる振動は、様々なものがあり、単純な加速度出力値の変化量では、洗濯物の挙動を正確に把握することが困難である。例えば、モータ自体に起因する振動や筺体の振動が受け筒に加わる場合も想定される。さらには、洗濯物の量、重さ、質によっても受け筒の振動は異なり、単純な出力値の大きさ変化では洗濯物の挙動を精度良く把握することは困難である。

また、第２には、モータのトルク成分を示す電流値で洗濯物の挙動を把握することでも同様であり、例えば洗濯時に水量が多く、洗濯物が化繊など軽量の場合にはドラム内に設けられたバッフルによる洗濯物の掻き上げ移動量とモータートルクとの間には相関が観られない場合も存在している。またさらに、洗濯工程が進むに連れて、適切なドラム回転速度で洗濯物を撹拌していた場合であっても、洗濯物どうしが絡み合い、複数の大きな塊の状態でドラム内を回転し、塊内部に位置する洗濯物の洗浄性能が低下するといった課題が存在した。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、洗濯物同士の絡みをほぐし、大きな塊状から徐々に小さな塊状へと変化させ、洗濯、すすぎ、脱水の各工程において、洗濯性能の向上と脱水振動を低減することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、筐体と、洗濯物を収容して回転
するドラムと、前記ドラムを回転自在に収容し前記筐体に弾性支持された受筒と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記受筒に取り付けられ前記受筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した振動に対して周波数成分を計算する周波数成分計算部と、前記モータの回転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記周波数成分計算部から求められた特定の周波数の範囲において、振動スペクトルのピーク値と振動スペクトルの平均値の差が一定の割合から外れた際に、前記ドラムを短時間で繰り返し急加速、急反転させる動作を行うことを特徴とする。

これによって、ドラム内で洗濯物同士が絡み合い、塊状となってドラム内を回転することが抑制され、洗濯物をドラムの動きに合わせて個別に動かすことができ、洗浄性能および脱水振動の低減を向上させるものである。

具体的には、ドラム内での洗濯物の動きと関連する特定の周波数の範囲内での振動スペクトルのピーク値と平均値を比較し、その差が大きい場合にはドラム内で洗濯物が単一もしくは複数の塊状になって回転していると判断し、ドラムを短時間で繰り返し急反転させ、一定方向に回転していたことによる洗濯物同士の絡みをほぐし、塊状で回転することを抑制し洗浄性能および脱水振動の低減を高めた洗濯機としている。また、大きな塊状の洗濯物も徐々に小さな塊状となり、洗浄性能のバラつきを抑え、さらに脱水振動の低減も実施可能な洗濯機としている。

本発明の洗濯機は、ドラム内で回転することで単一もしくは複数の塊状となった洗濯物の絡んだ状態がほぐされ、洗濯物の動きの単位として大きな塊からより小さな塊へと移行し、ドラムの回転とともに上方に持ち上げられて上方から落とされた際の力学的エネルギーに基づく叩き洗いがより有効に発揮され、洗浄性能および脱水振動の低減に優れた洗濯機を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１における洗濯機の側面概略図 同洗濯機のドラム内での洗濯物の動作範囲図 同洗濯機のドラム内での洗濯物の動きを示す説明図 同洗濯機の洗濯工程時の周波数と振動スペクトル関係図 従来の洗濯機の構成を示す図

第１の発明は、筐体と、洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを回転自在に収容し前記筐体に弾性支持された受筒と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記受筒に取り付けられ前記受筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した振動に対して周波数成分を計算する周波数成分計算部と、前記モータの回転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記周波数成分計算部から求められた特定の周波数の範囲において、振動スペクトルのピーク値と振動スペクトルの平均値の差が一定の割合から外れた際に、前記ドラムを短時間で繰り返し急加速、急反転させる動作を行うことを特徴とする洗濯機とすることにより、まず、周波数とは洗濯物がドラム内でバッフルにより持ち上げられた後、下方に落下し、ドラムの内壁に繰り返し衝突することでドラム及び受け筒が振動することから振動検出部によって検知される周期を表し、振動スペクトル値とは、その周波数成分が一定時間内に出現する頻度を表しており、特定の範囲での周波数における振動スペクトルのピーク値と該範囲内における振動スペクトルの平均値の差が大きくなった際に、洗濯物が単一もしくは複数の大きな塊状になったと判断し、短時間で繰り返しドラムを急反転させることによって、洗濯物同士の絡みがほぐれ、個別もしくは、より小さな塊となってドラム内をドラムの回転と共に動くことで、洗浄性能および脱水振動の低
減を高めることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の特定の周波数の範囲は、ドラムの回転速度の２倍から４倍の回転速度に対応する周波数範囲内であることを特徴とする洗濯機とすることにより、この範囲内においては洗濯物がバッフルによって上方に持ち上げられ、ドラム上方より落下する叩き洗いが実現される。ここで、振動スペクトルのピーク値と平均値の差は洗濯物の種類や量によっても異なるため、特定の範囲内において一部の領域で鋭いピークが観測されなければ問題はないが、ピーク値の３０％以内であることが好ましい。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段は、振動スペクトルの平均値を算出する計算に、前記特定の周波数の範囲において一定の周波数間隔を持った複数の離散データを用いることを特徴とする洗濯機とすることより、周波数成分計算部における計算時間を短縮でき、洗濯物の動きに対する短時間での応答が可能となることで、細やかな洗濯物の絡み抑制及び改善による洗浄性能および脱水時の洗濯物の動きを図ることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の受け筒の振動を検出する振動検出部は、受け筒の上部前方に密着して取り付けられていることを特徴とする洗濯機とすることにより、ドラム内での洗濯物の動きによって引き起こされる受け筒の揺れからの信号を、ＳＮ比が大きくかつ信号値の絶対値としても大きく得られる場所であれば特に限定されるものではないが、ドラムを回転させるモータ部より離れ、叩き洗いからの振動が大きな受け筒の変動となって現れる、受け筒の上部前方に密着して取り付けられていることが好ましい。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の制御手段は、受け筒の振動を検出するタイミングが、回転速度が決定して回転開始後、所定時間経過した後から始めることを特徴とする洗濯機とすることにより、回転速度が決定した後、モータ回転数が安定するまでの数秒間の振動データを用いることなく、洗濯運転時における誤った判断を防ぐことが可能となる。なお、特に限定されるものではないが、所定時間としては３秒以上が好ましい。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の制御手段は、受け筒の振動を検出するタイミングが、検出開始後、ドラムの回転が正逆反転もしくは一定方向の回転で所定回転以内であることを特徴とする洗濯機とすることにより、周波数成分計算部における計算時間が精度を高めたまま短縮でき、洗濯物の状態を判断して洗濯物の絡みをほぐすための急反転運転を適切かつ迅速に行うことができる。また一定の洗濯時間内で急反転運転を実施する回数が増えることにより、洗濯物同士の絡みが少なく、洗浄性能に優れる細やかな運転をすることが可能となる。

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洗濯機の構成図である。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、１は筐体、２はドラム、３は受筒、４は弾性吊り下げ手段、５は防振ダンパー、６はバッフル、７は振動検出部、８は周波数成分計算部、９は回転速度制御部（制御手段）、１０は洗濯物、１１は洗濯物投入・取出し口、１２はモータ、１３はベルトである。以下に本実施の形態１における動作を説明する。

図１に示されるように、回転自在のドラム２を内包する受筒３が弾性吊り下げ手段４と防振ダンパー５によって筐体１に支持されている。受筒３底部にはモータ１２が固定されておりベルト１３を介してドラム２を所定の回転数で回転させる。洗濯機の正面に設けられた洗濯物投入・取り出し口１１よりドラム２内に投入された洗濯物１０はドラム２の回転とともにドラム２内に設けられたバッフル６にてすくい持ち上げられ、上部より底部に向かって落下する。この底部に叩きつけられる際の運動エネルギーによって洗濯工程の際の洗浄効果が高められている。

洗濯物１０の動きによって発生する受筒３の振動を振動検出部７によって検出し、検出結果を周波数成分計算部８に伝達し、さらに計算された値が回転速度制御部９へ伝達され、適切な叩き洗いが実現する回転速度へと変更されることとなる。ここで回転速度制御部９は回転方向の制御も行うものとする。

また、振動検出部７は加速度センサから構成されており、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あっても構わない。

次に、本実施の形態１において振動スペクトルのピーク値及び平均値の比較を行う特定の周波数の範囲がドラム２の回転速度の２倍から４倍の回転速度が好ましいとする説明を、図２を用いて行う。図２の円はドラム２を正面から見た図を表し、底面を０°、上部を１８０°とあらわしている。９０°及び２７０°についてはドラム２の回転が反転するために、左右反転しても問題はない。なお、この本実施の形態に特に限定されるものではない。

ここで、簡単に洗濯工程の説明をすると、洗浄性能を向上させるためには洗濯物１０をバッフル６にて持ち上げ、上部から落下させる叩き洗い（軌跡Ｂ）が最適であり、ドラム２の内面に張り付いて動く場合（軌跡Ｃ）や、ドラム２の底部にてゴロゴロと回転している場合（軌跡Ａ）では不適である。そのため、図中９０°から１８０°までの間で落下して下部のドラム２の内面に衝突することが最適となる。そこで仮に、ドラム２の回転速度を３７ｒ／ｍｉｎとすると、３７×２／６０＝１．２４Ｈｚから３７×４／６０＝２．４７Ｈｚまでの周波数範囲が、有効に叩き洗いができていると判断する対象となる。

次に、洗濯物１０のドラム２内での状態がドラム２の振動に影響し、結果として振動検出部７にどのように現れてくるのかを図３を用いて説明する。

図３（ａ）は、ドラム２内で洗濯物１０が絡んでいないために、洗濯物１０が個別に動くことが十分にできている状態を表しており、逆に、図３（ｂ）は、洗濯物１０が絡み合い大きな塊となってドラム２内で動いている様子を表している。

図３（ｂ）の様に、洗濯物１０が大きな塊となってドラム２内を動いた場合には、塊の内部と外部で叩き洗いや洗濯液との接触・浸透の程度に差が生じ、洗いムラや著しい洗浄性能の低下および脱水時に大きなアンバランスとなってより大きな振動となって現れる。ドラム２に生じる振動という視点からは、ドラム２に衝突する頻度が塊の数に依存することで、個別の洗濯物１０による叩き洗いが行われている場合には種々の周波数が満遍なく現れるのに対し、大きな塊となって動く場合には特定の周波数での振動スペクトルが大きく出現することになる。このため、振動スペクトルの違いを観ることで洗濯物１０の絡み具合が推定できることとなる。

ここで、振動スペクトルのピーク値と平均値の差は、洗濯物１０の量によって異なっても問題なく、一般値として特に限定されるものではないが、特定の周波数における振動ス
ペクトルの値が突出してなく、３０％以内であることが好ましい。

次に、図４を用いて本実施の形態１のより具体的な動作を説明する。図４は、１０を１．５ｋｇで洗濯をした際の洗濯開始１０分における洗濯物１０同士の絡み具合が弱い場合の振動検出部７から得られた周波数と振動スペクトルの関係を示したものと洗濯開始３０分程度経過した後の洗濯物１０同士が絡み合い塊状になった際の周波数と振動スペクトルの関係を示した図である。

ここで、振動スペクトルの比較を行うため、平均値を求める際に離散データとして周波数２．０Ｈｚから周波数３．０Ｈｚの範囲で一定間隔を有する７ヶ所の振動スペクトルの値を用いた。また、振動検出部７においてドラム２の振動を検知するタイミングは所定のドラム２の回転速度が決定してから約５秒後より開始し、ドラム２が同一方向に４回転するまでの受け筒の振動を計算に用いた。

なお、算出する際に用いるデータの個数は特に限定されるものではないが、用いるデータ間の周波数間隔は等しいことが好ましい。

洗濯物１０が絡んでなく、ほぐれた状態（図４（ａ））では振動スペクトルのピーク値が０．０１０５、平均値が０．００９５とその差が１０％以内と非常に近い値を示し、洗濯物１０が絡み始め、塊気味となった状態（図４（ｂ））では、ピーク値が０．０１０４、平均値が０．００８とその差が約２３％と特定の周波数での振動スペクトルの値が大きくなり始めていることがわかる。この洗濯物１０の塊がドラム２およびバッフル６によって持ち上げられてドラム２の底部に落ち、大きな振動となる可能性がある。そこで洗濯物１０の絡み（塊）状態を解消するために、モータ１２に対して短時間に電流を与えることによって、ドラム２を急加速、急反転させることよって洗濯物１０の塊がドラム２の左右の振れの力で絡みが緩和される。このとき、常にピーク値と振動スペクトルの平均値の差が１０％以内になるようにドラム２の動きを急加速、急反転をさせることが望ましい。同様に脱水時にはその差が常に１０％以内に変化させて急加速、急反転をすることにより脱水時のアンバランス状態を低減することができる。

この様にドラム２の振動検出部７で検出された振動データから周波数と振動スペクトル値を計算し、特定の周波数範囲内での振動スペクトルのピーク値と平均値の比較を行い、その差が特定の比率を超えた場合にドラム２の短時間における急反転を繰り返すことにより、洗濯を継続することで発生する洗濯物１０の絡みや振動時に生じる大きなアンバランス状態となるのを抑え、洗浄ムラを減らし洗浄性能に優れた洗濯が可能となることや、脱水時の振動を抑え、脱水時間の短縮と安全性能を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、洗濯物のドラム内での動きに由来する振動を検知し、検知した値を所定の周波数成分として計算を行い、特定の周波数領域における振動スペクトルのピーク値と平均値を求めて比較し、その値の差が大きい場合にドラムを繰り返し急加速、急反転させることで、ドラム内での洗濯物同士の絡みを緩和させながら洗濯物が塊となることを防ぎ、洗浄性能に優れた洗濯と脱水時の振動を抑え、脱水時間の短縮と安全性能を向上することができ、これは、家庭用の洗濯機だけではなく、洗濯乾燥機や業務用の洗濯機などに広く適用可能である。

１ 筐体
２ ドラム
３ 受け筒
４ 弾性吊り下げ手段
５ 防振ダンパー
６ バッフル
７ 振動検出部
８ 周波数成分計算部
９ 回転速度制御部
１０ 洗濯物
１１ 洗濯物投入・取り出し口
１２ モータ
１３ ベルト

Claims (6)

1. 筐体と、洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを回転自在に収容し前記筐体に弾性支持された受筒と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記受筒に取り付けられ前記受筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した振動に対して周波数成分を計算する周波数成分計算部と、前記モータの回転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記周波数成分計算部から求められた特定の周波数の範囲において、振動スペクトルのピーク値と振動スペクトルの平均値の差が一定の割合から外れた際に、前記ドラムを短時間で繰り返し急加速、急反転させる動作を行うことを特徴とする洗濯機。
2. 特定の周波数の範囲は、ドラムの回転速度の２倍から４倍の回転速度に対応する周波数範囲内であることを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
3. 制御手段は、振動スペクトルの平均値を算出する計算に、前記特定の周波数の範囲において一定の周波数間隔を持った複数の離散データを用いることを特徴とする請求項２記載の洗濯機。
4. 受け筒の振動を検出する振動検出部は、受け筒の上部前方に密着して取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
5. 制御手段は、受け筒の振動を検出するタイミングが、回転速度が決定して回転開始後、所定時間経過した後から始めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
6. 制御手段は、受け筒の振動を検出するタイミングが、検出開始後、ドラムの回転が正逆反転もしくは一定方向の回転で所定回転以内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。