JP2013034686A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】低振動のまま共振回転速度を通過させ、ドラムの振動を最小限に抑えることができるドラム式洗濯機を提供すること。
【解決手段】ドラム３と軸線を一致するようにドラム３の前面側に配置された管状容器１７と、管状容器１７内を移動可能な球体８と、ドラム３を回転駆動する駆動モータ４と、駆動モータ４の電流を検知する電流検知手段２０と、駆動モータ４等を制御し、洗い、すすぎ、脱水等の工程を制御する制御手段６とを備え、制御手段６は、ドラム３内の洗濯物１３に作用する遠心力が重力と釣り合う均衡回転速度より速く共振回転速度より遅い回転速度でドラム３を回転させたときの電流検知手段２０で検知した電流に基づき、球体８がアンバランス位置Ａと逆位相になると判断すると、共振回転速度より速い回転速度までドラム３の回転速度を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性的に支持された水槽内に回転可能なドラムを備え、ドラム内で洗濯物の洗い、すすぎ、脱水を行うドラム式洗濯機に関する。

一般的にドラム式洗濯機は、脱水工程において、しばしば洗濯物は回転体であるドラムの内で不均一な状態、すなわちアンバランスな状態になる。その結果、脱水中に回転軸には偏った力が加わり、振動が発生する。振動の振幅は回転ドラムの回転速度の２乗に比例して増大する。その振動のために洗濯機自身が移動したり、また、ある回転速度以上では運転することができなくなってしまうなどの問題が発生する。

洗濯物のアンバランスによる振動を低減するために、金属球（以降ボールと呼ぶ）を使用したボールバランサシステムがある。ボールバランサは、ドラムの内周に取り付けた管状のレース部に、回転方向（周方向）に自由度をもつ複数のボールを備えている。ボールバランサは、偏心荷重を生じさせるアンバランス体に対して自動的にボールが対向位置に移動する力学現象を利用したバランス装置である。

また、ドラムの前端部にボールを配置したシングルボールバランサの他に、ドラムの前端部及び後端部の２箇所に、複数の転動体を配置したダブルボールバランサも知られている（例えば、特許文献１参照）。これらは原理的には同じである。すなわち、どちらのボールバラサも、脱水過程において経時的に変化する洗濯物のアンバランス量に刻一刻と対応して、複数のボールが位置を変え、自動的にアンバランスを修正する仕組みとなっている。

特許文献１において、第１回転速度を共振回転速度以下の回転速度で回転し、所定の時間の間にボールが偏心荷重に対して同相位置に移動して、その同相位置で維持する。その後、ドラムは同相位置で停止状態からゆるやかに加速して、共振回転速度を通過する。これにより、ボールが自動バランシングの原理により自動的にアンバランスの対向位置に移動することで振動を抑制している。

特開２０１０−１２５０８３号公報

しかしながら、前記従来構成では、ドラム内の洗濯物の偏りによるアンバランスの位置とボールバランサ内のボールの位置が同じ方向の位置にある時は、アンバランスによる遠心力とボールによる遠心力が倍になって振動が大きくなる。また、共振振動付近では特に揺れの振動が大きいため、本体に当るという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低振動のまま共振回転速度を通過させ、ドラムの振動を最小限に抑えることができるドラム式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、本発明のドラム式洗濯機は、水平軸または傾斜回転
軸にて回転可能に支持されたドラムと、前記ドラムを収容する水槽と、前記ドラムに配置されたリング状となる管状容器と、前記管状容器内を移動可能な球体と、前記ドラムを回転駆動する駆動モータと、前記駆動モータの電流を検知する電流検知手段と、前記駆動モータ等を制御し、洗い工程、すすぎ工程、脱水工程等を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記脱水工程において、前記ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力と釣り合う回転速度より速く共振回転速度より遅い回転速度で前記ドラムを回転させたときの前記電流検知手段で検知した電流に基づき、前記球体が前記洗濯物のアンバランスと逆位相になったと判断すると、前記共振回転速度より速い回転速度まで前記ドラムの回転速度を上昇させるものである。

このような構成によって、共振回転速度より低い回転速度で洗濯物のアンバランスと逆位相にボールを持っていき、共振回転速度を通過することができる。よって、共振回転速度通過中は動的バランスが取れることから、ドラムの回転速度を上昇する際のドラム振動の発生を最小限に抑えることができる。

本発明のドラム式洗濯機は、ドラム内の洗濯物のアンバランス状態と球体の位置が逆位相、つまりバランスが取れた状態でドラムの回転速度を加速制御することで、共振回転速度におけるドラムの振動を最小限に抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の概略構造を示す断面図 同ドラム式洗濯機のボールバランサの概略図 同ドラム式洗濯機の制御ブロック図 同ドラム式洗濯機のボールバランサの動作模式図 同ドラム式洗濯機のドラム回転時のモータ電流波形を示す図

第１の発明のドラム式洗濯機は、水平軸または傾斜回転軸にて回転可能に支持されたドラムと、前記ドラムを収容する水槽と、前記ドラムに配置されたリング状となる管状容器と、前記管状容器内を移動可能な球体と、前記ドラムを回転駆動する駆動モータと、前記駆動モータの電流を検知する電流検知手段と、前記駆動モータ等を制御し、洗い工程、すすぎ工程、脱水工程等を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記脱水工程において、前記ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力と釣り合う回転速度より速く共振回転速度より遅い回転速度で前記ドラムを回転させたときの前記電流検知手段で検知した電流に基づき、前記球体が前記洗濯物のアンバランスと逆位相になったと判断すると、前記共振回転速度より速い回転速度まで前記ドラムの回転速度を上昇させるものである。

このような構成によって、共振回転速度より低い回転速度でドラム３を回転させることにより、球体をドラム内の洗濯物のアンバランス位置に対して相対的に移動させることができる。よって、洗濯物のアンバランスと逆位相にボールを持っていき、共振回転速度を通過することができる。共振回転速度通過中は動的バランスが取れることから、ドラムの回転速度を上昇する際のドラム振動の発生を最小限に抑えることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のドラム式洗濯機の前記制御手段は、前記前記電流検知手段で検知した電流が所定値よりも小さくなると、前記共振回転速度より速い回転速度まで前記ドラムの回転速度を上昇させるようにしたものである。

このような構成によって、ドラム内の洗濯物の偏りによってできたアンバランスがボールと同位相の位置にある場合は電流値が最大となるが、アンバランスがボールと逆位相の
位置にある場合は電流値が小さくなることから、電流が小さくなることを検知することで確実にアンバランスとボールを逆位相の位置にすることができる。このため、ドラムの回転速度が共振回転速度を通過する際のドラム振動の発生を最小限に抑えることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のドラム式洗濯機の前記管状容器内は粘性を持つ流体を貯留するようにしたものである。

このような構成によって、ボールの周期が粘性によりドラムの回転の周期よりも遅くなり、電流値にムラ（ノイズ）が少なくなる。よって、ドラム内の洗濯物のアンバランスとボールの位置を容易に検知することができる。

以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。なお、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）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の概略構造を示す断面図である。

ドラム式洗濯機１の内側には、水槽２が配置されており、水槽２の内部にはドラム３が回転自在に配置されている。

水槽２は開口する略円筒状であり、水槽２の回転軸は水平または背面方向を下側に傾斜している。回転軸を傾斜させることで、水槽２の前面側の開口を上側に配置することができるようになり、大きく屈む姿勢をとることなくドラム３内の洗濯物が取り出せるようになる。また、回転軸を水平方向とした場合に比べ、水槽２内に給水された水が背面側に溜まって、少ない水量でも深い貯水状態が得られる。すなわち、少ない給水量でも洗濯物が含水しやすくすくなる。水槽２はバネ１０とダンパ５によって支持されている。

ドラム３の内部には洗濯物１３を持ち上げて落とすためのバッフル１６が設けられている。バッフル１６によって持ち上げられた洗濯物は、叩き洗い（機械力）によって洗浄される。さらに、ドラム３には複数の透孔１５が設けられているため、透孔１５を介して水槽２からドラム３内に通水および通気ができる。

また、ドラム式洗濯機１の前面側には、水槽２の開口２ａを通してドラム３内に通じる開口部３ａが設けられている。開口部３ａには扉７が開閉自在に設けられている。水槽２の開口２ａは、その口縁に環状のシール材が装着されている。シール材の前面側は扉７の背面側に当接して密閉し、上下左右、前後に揺動する水槽２の開口２ａが動いても、シール材が変形し扉７背面側へ押圧するので密閉性が維持されている。

ドラム３の前面側には、ボールバランサ３０が設けられている。図２は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機１のボールバランサ３０の概略図である。ボールバランサ３０は管状容器１７と、管状容器１７内を移動可能な金属からなるボール８（球体）と、管状容器１７内に貯留される粘性液体１８とを有している。リング状となる管状容器１７はドラム３と軸線を一致するように設置されている。ボール８の動きを制御するために、管状容器１７の内部には粘性液体１８が貯留されている。本実施の形態１ではシリコンオイルを用いている。なお、他の粘性のある液体であれば同様の効果が得られることから、シリコンオイルに限定するものではない。

ドラム式洗濯機１の内部で水槽２の下方には、ドラム３を回転駆動するための駆動モータ４が取り付けられている。駆動モータ４の回転駆動が、ベルト２３を介してドラム３の
同一軸に設けられたドラムプーリ２４に伝達される。これにより、駆動モータ４がドラム３を回転駆動する。

ドラム式洗濯機１の上部には、給水弁１１が設けられている。給水弁１１からの水は洗剤ケース９に流れ込み、洗剤を溶かしながら水槽２内に供給される。すすぎ工程においては、洗剤ケース９を介しても洗剤ケース９内には洗剤がないので、洗剤成分を含まないすすぎ水が給水される。また、ドラム式洗濯機１の下部には、排水ポンプ１９が設けられており、排水ポンプ１９を駆動させることで、水槽２内の洗浄水やすすぎ水が排水される。なお、本実施の形態では排水ポンプ１９によって、水槽２内の洗浄水やすすぎ水を排水することとしたが、排水弁としてもよい。

次に、駆動モータ４等を制御し、洗い、すすぎ、脱水等の工程を制御する制御手段６の詳細を図３により説明する。図３は本発明の実施形態１におけるドラム式洗濯機の制御ブロック図である。制御手段６は、給水弁１１、排水ポンプ１９や駆動モータ４の駆動の指示はもちろん、振動検知手段１２や水位センサ（図示せず）など各種センサ出力を含め、すべての入出力制御をタイマーで管理できるシステムを具備しており、各動作、タイミングにおける所要時間を知ることができる。

水槽２の振動を検知する振動検知手段１２は、水槽２の背面側の上部に設けられている。振動検知手段１２は、洗浄、すすぎ、脱水の一連の工程における水槽２の振動を検知するものである。各工程での振動値を制御手段６が分析した後、駆動モータ４に対して指令を出すことで、最適なモータ制御を行っている。振動検知手段１２は、少なくとも一つの加速度センサー（図示せず）を有し、水槽２の上下方向、左右方向、前後方向のうちの少なくとも一つの方向の振動を検知し、検知した方向毎の加速度の総和を出力する。実施の形態１では、例として、ドラム３の正面に対して上下方向の振動（加速度）を検出している。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。

電流検知手段２０は、駆動モータ４に印加する電流の値を検知する。制御手段６は、電流検知手段２０で検知した電流に基づき、管状容器１７のボール８の位置が洗濯物１３のアンバランスと逆位相であるタイミングを判断する。制御手段６は、洗濯物１３がアンバランスと逆位相になるように駆動モータ４に指令を出している。制御手段６はハードウェア構成として、ＣＰＵ、メモリ、ドライバ回路などを具備した電気回路であり、制御手段６内のメモリに記憶させたプログラムに従って、駆動モータ４などの周辺機器を動かしている。

以上のように構成されたドラム式洗濯機の脱水工程について、以下、その動作、作用について図４、５を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機のボールバランサ３０の動作模式図、図５は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機のドラム回転時のモータ電流波形を示す図である。

まず、制御手段６の指令により駆動モータ４に駆動電圧を印加させる。駆動モータ４を低速回転から高速回転に動作させ、ドラム３の回転速度を徐々に上昇させる。このとき、駆動モータ４が永久磁石同期モータであるため、駆動モータ４のロータ位置を検知する。これにより、駆動モータ４の脱調を防止することで安全、かつ高速に回転速度を上昇させることができる。

次に、制御手段６は、洗濯物１３にかかる重力とドラム３の回転による遠心力が釣り合う均衡回転速度より速く、１次共振回転速度より遅い回転速度でドラム３を回転させる。この時の回転速度は、ドラム３の大きさや布量、布質にもよるが、例えば６５ｒｐｍ〜１
２０ｒｐｍである。このときの下限回転速度は、洗濯物１３がドラム３内でバッフル１６により持ち上げられ落下しないような回転速度で、ボール８が管状容器１７内で移動できるような回転速度である。また、上限回転速度は、１次共振回転速度よりも低い回転速度である。回転速度が高すぎると、ボール８がドラム３に対して相対的に移動しなくなり、アンバランス位置Ａとボール８を逆位相にすることができなくなる。

洗濯物１３に作用する重力と遠心力が釣り合い、ボール８がドラム３に対して相対的に移動するような条件で、ドラム３の回転駆動を開始すると、電流検知手段２０により、駆動モータ４に印加する電流値（トルク電流）をモニターする。このとき、ドラム３が停止状態から徐々に回転速度を上げて行く段階では、管状容器１７内に粘性液体１８が貯留してあるので、ドラム３の回転よりもボール８の回転が遅くなる。図４に示すように、最初の停止状態ではドラム３内の洗濯物１３のアンバランス位置Ａとボール８は同じ位相にある。回転速度を洗濯物１３がドラム３の内壁に張り付くまで上昇させることで、少しずつ位相がずれる。あるタイミングで洗濯物１３のアンバランス位置Ａがボール８と逆位相になる。

ここで、アンバランス位置Ａとボール８が逆位相になるタイミングについて図５を用いながら説明する。図５のモータ電流波形は、所定の回転速度（本実施の形態では６７ｒｐｍ）で回転させたときの電流波形である。本実施の形態では、洗濯物のアンバランスを再現するために固形状のアンバランス体を用いている。ドラム３を停止状態から６７ｒｐｍまで上昇させた後、約６０秒間、回転速度を６７ｒｐｍで維持させることで、図４のようにドラム３とボール８との位相ずれが生じ、ボール８がアンバランス位置Ａに対して相対的に移動する。これにより、アンバランス位置Ａとボール８が周期的に同位相になったり、逆位相になったりする。なお、本実施の形態では６７ｒｐｍとしたが、ボール８がアンバランス位置Ａに対して相対的に移動することができる回転速度であれば、これに限定されるものではない。

アンバランス位置Ａがボール８と同位相の場合、電流値は大きくなる。アンバランス位置Ａがボール８と逆位相の場合、電流値が小さくなる。電流値があらかじめ設定した閾値よりも小さくなれば、アンバランス位置Ａとボール８が逆位相であると判断する。

ここで、より詳細に説明すると、電流値が閾値よりも最初に低くなった瞬間から約１０秒間、電流検知手段２０により電流を検知する。制御手段６は、検知した電流の平均を取り、閾値（所定値）と比較する。制御手段６は、電流の平均値が閾値よりも低い場合に、洗濯物のアンバランス位置Ａとボール８が逆位相であると判断する。電流の平均値が閾値よりも高い場合、アンバランス位置Ａとボール８は逆位相ではないと判断し、次の１０秒間の電流の平均値が閾値よりも低いか比較する。なお、電流の平均値を演算する周期は、上記のように１０秒間に限られない。要は、アンバランス位置Ａとボール８が逆位相から同位相に変化する周期よりも短い時間であればよい。

制御手段６が、アンバランス位置Ａとボール８が逆位相であると判断すると、制御手段６が駆動モータ４に指令を出して、共振回転速度より速い回転速度、ここでは４００ｒｐｍまで一気に立ち上げる。このように、ボール８が管状容器１７内で移動するすべり現象を利用して、共振回転速度を通過するときの振動を極力低下することができる。

なお、実際の洗濯物の場合は、投入する洗濯物の量に応じてアンバランスの量はそれぞれ異なる。よって、布量別に、あらかじめ予想できるアンバランス量に対応したモータ電流の閾値を、テーブルとして持つことで、実際のアンバランス量に対応することができる。

その後、振動検知手段１２で検知した振動を基に高速回転、例えば１０００ｒｐｍまで回転速度を上昇させる。このように、共振回転速度を通過するときには、アンバランス位置Ａとボール８が逆位相であるため、共振回転速度を通過中は動的バランスが取れ、共振回転速度でのドラムの振動を最小限に抑えることができる。

本発明にかかる洗濯機は、洗濯物によるアンバランスに対してボールを逆位相に位置させることで、アンバランスを低減することができるので、起動時の振動を抑制できることから、ドラム式洗濯機として有用である。

１ ドラム式洗濯機
２ 水槽
３ ドラム
４ 駆動モータ
５ ダンパ
６ 制御手段
７ 扉
８ ボール（球体）
１０ バネ
１２ 振動検知手段
１３ 洗濯物
１５ 透孔
１７ 管状容器
１８ 粘性液体
２０ 電流検知手段
３０ ボールバランサ

Claims (3)

1. 水平軸または傾斜回転軸にて回転可能に支持されたドラムと、
   前記ドラムを収容する水槽と、
   前記ドラムに配置されたリング状となる管状容器と、
   前記管状容器内を移動可能な球体と、
   前記ドラムを回転駆動する駆動モータと、
   前記駆動モータの電流を検知する電流検知手段と、
   前記駆動モータ等を制御し、洗い工程、すすぎ工程、脱水工程等を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記脱水工程において、前記ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力と釣り合う回転速度より速く共振回転速度より遅い回転速度で前記ドラムを回転させたときの前記電流検知手段で検知した電流に基づき、前記球体が前記洗濯物のアンバランスと逆位相になったと判断すると、前記共振回転速度より速い回転速度まで前記ドラムの回転速度を上昇させるドラム式洗濯機。
2. 前記制御手段は、前記電流検知手段で検知した電流が所定値よりも小さくなると、前記共振回転速度より速い回転速度まで前記ドラムの回転速度を上昇させるようにした請求項１に記載のドラム式洗濯機。
3. 前記管状容器内は粘性を持つ流体を貯留するようにした請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。