JP2016198248A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ドラム式洗濯機において、低粘性流体と転動体を収容したバランサを有し、転動体を偏心荷重との相対位置が同位相から逆位相にすばやく移動させ、振動を抑制して短時間で回転数を上昇させる。
【解決手段】水平または傾斜した回転シャフト３ａにより回転可能に支持されたドラム３と、ドラム３を回転駆動するモータ１２と、ドラム３を収容する水槽２と、環状容器１１に転動体９および低粘性流体１０からなる移動体を収容してドラム３に配設されたバランサ８と、制御装置１３とを備え、制御装置１３は、ドラム３内の洗濯物１８の偏心荷重の位置と転動体９との相対位置を検知する位置検知部を有するとともに、脱水工程におけるドラム３の回転起動時、共振回転数より低い回転数でドラム３が回転する際、位置検知部の検知により相対位置を同位相と判定した場合に、共振回転数より低い回転数から共振回転数を超える回転数まで上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平または傾斜した回転軸を有するドラム内で、洗濯物の洗い、すすぎ、および脱水が行われるドラム式洗濯機に関する。

水平または傾斜した回転軸を有するドラム式洗濯機は、脱水工程において、洗濯物がドラム内でアンバランスな状態になる場合がある。アンバランスな状態で脱水工程が行われた場合、ドラムの回転軸に偏った力が加わり、振動が発生する。振動の振幅は、ドラムの回転速度の２乗に比例して増大する。ドラムが振動すると、洗濯機本体が移動したり、騒音が激しいために所定の回転速度以上では運転することができなったりする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してこれらの問題を解決するために、従来のドラム式洗濯機においては、ドラムに自動的にアンバランスを解消するバランサ装置が設けられている。バランサ装置としては、移動体として粘性流体（一般的にはオイルまたは塩化カルシウム水溶液）を使用した流体バランサ装置や、移動体として転動体（一般的には金属球であり、以下、ボールとも称する）を使用したボールバランサ装置が知られている。

流体バランサ装置は、ドラムの円周に沿って、径方向に複数の層に分離して粘性流体を収納した環状容器が取り付けられたものである。環状容器の各層内には、外周面から内周面側に向かって複数の隔壁が形成され、隔壁と内周面との間に粘性流体の通路が形成されている。これにより、粘性流体の移動を隔壁により制限しながら、偏心荷重を生じさせるアンバランス体に対して粘性流体が自動的にアンバランスを打ち消す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。流体バランサ装置は、粘性流体の粘性が低ければアンバランスを打ち消す位置に移動する速度が速く、アンバランスを短時間に解消することができる利点を有している。

また、ボールバランサ装置は、ドラムの円周に沿って取り付けられた環状容器内に、周方向に自由度をもつ複数のボールを備えている。ボールバランサ装置は、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アンバランスを打ち消す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。ボールバランサ装置は、粘性流体に比較してボール自体が重いため、大きなアンバランスが発生した場合でも、アンバランスを軽減することができる利点を有している。

また、バランサ装置において、ボールおよび粘性流体の両方の移動体が封入された構成も知られている。この構成により、流体バランサ装置の長所とボールバランサ装置の長所とを兼ね備えた構成を実現することができる。

さらに、水平または傾斜した回転軸を有するドラム式洗濯機においては、ドラムの前端側でアンバランスが生じる場合、および、ドラムの後端側でアンバランスが生じる場合がある。このため、ドラムの前端部および後端部それぞれにバランサ装置が配設されているものもある。

そして、脱水工程において、振動を低減するためにドラムの回転数の上昇を制御する技術がある（例えば、特許文献１参照）。図９は、従来のボールバランサを有した回転装置の速度プロファイル図である。ボールバランサ装置のボールは、ドラムが回転を開始して
共振回転数を通過する際に、アンバランス体の対向位置に移動しようとする。このときのボールの位置によっては、ボールが最大で３６０度移動することがあり、その移動により振動が大きくなる。これを防ぐため、特許文献１では、共振回転数以下で回転数を維持することで、アンバランスに対してバランサ装置の移動体が同相位置に配置される特性を生かし、ドラムの回転速度を共振回転速度より若干低い回転速度である第１回転速度まで上昇させ、この第１回転速度を一定時間保つ。その後、共振回転速度より高い回転速度まで上昇させるようにしてボールとアンバランス体とが対向位置となるように制御する。これにより、共振回転数を通過する際に、アンバランス体の対向位置に移動しようとするボールの移動距離を１８０度より小さく抑えることができ、振動を低減することができるものである。

特開２０１０−１２５０８３号公報

しかしながら、このようなドラム式洗濯機において、ドラムの回転数を共振回転数より若干低い回転数で維持することで、バランサ装置の移動体がアンバランス位置と同位相となるため最も大きなアンバランス状態となり、大きな振動を発生する可能性がある。また、ボールとアンバランス体との位相を検知し、共振回転速度の手前でボールとアンバランス体とが同位相となるように制御する場合、共振回転速度以下の回転速度において、ボールに作用する遠心力による摩擦力が重力に打ち勝って滑りが発生しないようにするために、ボールを５００〜１０００ｃＳｔ程度の粘度が高い粘性流体に浸している。このため、ボールは早い移動ができない。したがって、ボールとアンバランス体とが対向位置となるように制御するために、ドラムの回転数をゆっくり上昇させなければならず、脱水工程におけるドラムの回転上昇に時間がかかるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、一般的な粘性流体よりも粘度が低い低粘性流体およびボールを移動体として使用し、低粘性流体の中の転動体の重力による滑りを利用して共振回転数を通過する時の振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させ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、水平または傾斜した回転シャフトにより回転可能に支持されたドラムと、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記ドラムを収容する水槽と、環状容器に移動体を収容して前記ドラムの前端部および後端部の少なくともいずれかに配設されたバランサと、前記モータの駆動を制御して洗濯運転を実行する制御装置と、を備えたドラム式洗濯機であって、前記バランサは、前記移動体として転動体および低粘性流体を有し、前記制御装置は、前記ドラムに収容される洗濯物の偏心荷重の位置と前記転動体の位置との相対位置を検知する位置検知部を有するとともに、脱水工程における前記ドラムの回転起動時、共振回転数より低い回転数で前記ドラムが回転する際、前記位置検知部の検知により前記相対位置を同位相と判定した場合に、共振回転数より低い回転数から共振回転数を超える回転数まで上昇させるように構成されたものである。

この構成により、ドラムの回転数が共振回転数より低い回転数において、転動体が環状容器内を滑ることにより、洗濯物による偏心荷重の位置と転動体の位置とが周期的な相対運動となる。制御装置は、偏心荷重と転動体との相対位置が同位相となったことを位置検知部で検知したタイミングで、回転数を上昇させて共振回転数を通過させる。このとき、
転動体は、低粘性流体の抵抗の小さい状態でアンバランスを打ち消す方向へ速やかに移動する。すなわち、同位相からアンバランスを打ち消す逆位相へ転動体がすばやく移動することで、同位相時の振動が大きくなることなく、共振回転数を通過するときに振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。

本発明のドラム式洗濯機は、バランサの転動体が低粘性流体の中で同位相からアンバランスを打ち消す逆位相の位置にすばやく移動するため、共振回転数を通過するときに振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の内部の概略構成を示す側面断面図 本実施の形態におけるドラム式洗濯機のドラムの概略構成を示す透視図 （ａ）本実施の形態におけるドラム式洗濯機のドラムに設けられたバランサの断面図、（ｂ）（ａ）に示されたバランサの直径方向断面図 本実施の形態におけるドラム式洗濯機のバランサの転動体および低粘性流体の動作を説明する概略図 （ａ）本実施の形態におけるドラム式洗濯機のバランサの転動体と偏心荷重の相対位置が逆位相の状態を示す図、（ｂ）本実施の形態におけるドラム式洗濯機のバランサの転動体と偏心荷重の相対位置が９０度位相の状態を示す図、（ｃ）本実施の形態におけるドラム式洗濯機のバランサの転動体と偏心荷重の相対位置が同位相の状態を示す図 本実施の形態におけるドラム式洗濯機の脱水工程の回転起動時のフローチャート （ａ）本実施の形態におけるドラム式洗濯機の脱水工程の回転起動時の回転数と洗濯槽の振動値の時間特性を示す図、（ｂ）（ａ）の共振回転数以下における時間特性を示す詳細図 本実施の形態との比較として、偏心荷重と転動体との相対位置が逆位相の状態のときにドラムの回転数を上昇させた場合の洗濯槽の振動値の時間特性を示す図 従来のボールバランサを有した回転装置の速度プロファイル図

第１の発明のドラム式洗濯機は、水平または傾斜した回転シャフトにより回転可能に支持されたドラムと、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記ドラムを収容する水槽と、環状容器に移動体を収容して前記ドラムの前端部および後端部の少なくともいずれかに配設されたバランサと、前記モータの駆動を制御して洗濯運転を実行する制御装置と、を備えたドラム式洗濯機であって、前記バランサは、前記移動体として転動体および低粘性流体を有し、前記制御装置は、前記ドラムに収容される洗濯物の偏心荷重の位置と前記転動体の位置との相対位置を検知する位置検知部を有するとともに、脱水工程における前記ドラムの回転起動時、共振回転数より低い回転数で前記ドラムが回転する際、前記位置検知部の検知により前記相対位置を同位相と判定した場合に、共振回転数より低い回転数から共振回転数を超える回転数まで上昇させるように構成されたものである。

この構成により、ドラムの回転数が共振回転数より低い回転数において、転動体が環状容器内を滑ることにより、洗濯物による偏心荷重の位置と転動体の位置とが周期的な相対運動となる。制御装置は、偏心荷重と転動体との相対位置が同位相となったことを位置検知部で検知したタイミングで回転数を上昇させて共振回転数を通過させる。このとき、転動体は、低粘性流体の抵抗の小さい状態でアンバランスを打ち消す方向へ速やかに移動する。すなわち、同位相からアンバランスを打ち消す逆位相へ転動体がすばやく移動することで、同位相時の振動が大きくなることなく、共振回転数を通過するときに振動を抑制す
るとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。

第２の発明のドラム式洗濯機は、特に第１の発明において、前記バランサは、前記環状容器の内部に前記低粘性流体の流速による抗力を発生する抵抗体を備え、共振回転数より低い回転数で、前記偏心荷重の位置と前記転動体の位置とが相対的にズレを持ちながら周期的な相対運動となるように構成されたものである。

この構成により、ドラムの回転数が共振回転数より低い回転数において、抵抗体によって低粘性流体の流速による抗力が発生し、比重が大きい転動体が滑りやすい低粘性流体の中にあっても、重力に勝って環状容器内を滑りながら回動し始め、洗濯物による偏心荷重の位置に対して転動体の位置が遅れて相対的にズレを持ちながら周期的な相対運動となる。制御装置は、偏心荷重と転動体との相対位置が同位相となったことを位置検知部で検知したタイミングで、回転数を上昇させて共振回転数を通過させる。このとき、転動体は、低粘性流体の抵抗の小さい状態でアンバランスを打ち消す方向へ速やかに移動する。すなわち、同位相からアンバランスを打ち消す逆位相へ転動体がすばやく移動することで、共振回転数を通過するときに振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。さらに、比重が大きい転動体を利用することができることで、より大きな偏心荷重に対してもアンバランスを打ち消すことができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記低粘性流体は、粘度が１ｃＳｔ〜１０ｃＳｔとなるように設定されたものである。この構成により、転動体は、低粘性流体の中で滑りやすく抵抗が小さいため、すばやく移動することができる。

第４の発明は、特に第１〜第３のいずれかの発明において、前記バランサは、共振回転数より低い回転数でドラムが回転する際に、前記転動体に作用する遠心力による摩擦力よりも前記転動体に作用する重力が勝って転動体は回動せず、かつ、所定の回転数まで上昇したときには、前記低粘性流体の流速による抗力だけ、または前記抗力と前記摩擦力との合成力が重力に勝って前記転動体が回動するように構成されたものである。この構成により、ドラムの回転数が共振回転数より低い回転数において、環状容器内の転動体が、滑りによってドラムの回転より遅く回動し、洗濯物による偏心荷重の位置と相対的にズレを持ちながら周期的な相対運動となるようにすることができる。

第５の発明は、特に第１〜第４のいずれかの発明において、前記位置検知部は、振動検知部を含んで構成されたものである。この構成により、周期的に洗濯物による偏心荷重と転動体とが相対的にずれることで、同位相となった時に振動値が極大値を示し、逆位相となった時に振動値が極小値を示すことから、振動値の極大値を検知することで同位相のタイミングを容易に判定することができる。

第６の発明は、特に第１〜第４のいずれかの発明において、前記位置検知部は、前記モータの電流を検知する電流検知部を含んで構成されたものである。この構成により、モータ駆動回路の電流を利用し、その電流の変化に応じて偏心荷重の位置と転動体の位置との相対位置を検知することで同位相のタイミングを容易に判定することが可能であり、位置検知部を安価に構成することができる。

第７の発明は、特に第１〜第６のいずれかの発明において、前記位置検知部の出力の変化が極大値となった場合に同位相と判定するものである。この構成により、偏心荷重と転動体の相対位置が位置検知部の極大値が同位相位置と判定できることで、短時間かつ容易に振動を抑制することができる。

第８の発明は、特に第２〜第７のいずれかの発明において、前記抵抗体は、前記環状容
器のいずれかの内面に、前記転動体に接触しないように設けられた突起体により構成されたものである。この構成により、粘性流体の流速による抗力を容易に発生させることができ、低粘性流体であっても転動体を回動させることができる。

第９の発明は、特に第１〜第８のいずれかの発明において、前記低粘性流体は、増粘剤を含んで構成されたものである。この構成により、低粘性流体の粘度を高めつつ、転動体の環状容器内での移動を促進することができ、共振回転数を通過するときに転動体の移動をよりすばやくおこなうことで、振動を抑制して短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。

第１０の発明は、特に第１〜第９のいずれかの発明において、前記低粘性流体は、塩化カルシウム水溶液または塩化ナトリウム水溶液で構成されたものである。この構成により、これらの水溶液は氷点が低い不凍液であるので、気温が低い環境でも凍ることなく対応できる。また、使用環境の温度変化が大きい場合でも粘性変化の幅が小さく、転動体の移動回転数に及ぼす影響を最小限にすることができ、使用環境に温度変化があっても安定した転動体の回動開始回転数を設定することができる。さらに、不凍液としては安価であり経済性に優れている。

第１１の発明は、特に第１〜第１０のいずれかの発明において、前記転動体は、球体にゴムなどの柔軟性のある材料でコーティングされたボールとして構成されたものである。この構成により、環状容器と転動体とが接触したときの摩擦力を大きくすることができるとともに、アンバランスの補正量を大きくすることができる。これによって、低粘性流体においても共振回転数以下の回転数で転動体の回動開始回転数を設定することができ、共振回転数での振動拡大への影響を抑制できる。

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、この実施の形態によって本案が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の内部の概略構成を示す側面断面図である。本体１の内部には、有底円筒状の水槽２が収容されている。水槽２は、バネ２４とダンパ１９によって弾性的に支持されている。水槽２の内部には、有底円筒状のドラム３が収容されている。本体１の正面側に、水槽２の開口部２ａとドラム３の開口部３ｂが設けられ、水槽２の開口部２ａを開閉自在に閉塞する扉２１が設けられている。ドラム３は、ドラム３を支持する回転シャフト３ａが実質的に水平方向（水平方向を含む）となるように配設されている。なお、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、衣類等の洗濯物１８の取り出し易さ、および、洗浄時の節水性を考慮して、ドラム３が傾斜するように、回転シャフト３ａが正面側から底面側に向けて下向きに傾斜するように構成されてもよい。

ドラム３の内部には、ドラム３の回転に伴って洗濯物１８を持ち上げて落とすことができるバッフル７が設けられている。ドラム３が回転することにより、バッフル７によって持ち上げられた洗濯物は、ドラム３の上部から水面に叩きつけられ、叩き洗いとしての機械力によって洗浄がなされる。ドラム３の円筒面には、全周に多数の透孔２０が設けられている。透孔２０を介して水槽２からドラム３内に通水および通気することができる。

水槽２の開口部２ａは、その口縁に環状のシール材（図示せず）が装着されている。シール材の前面側は、扉２１の背面側に当接して密閉し、上下、左右、および前後方向に揺動する水槽２の開口部２ａが動いた場合でも、シール材が変形して扉２１の背面側を押圧するので、密閉性が維持される。

また、ドラム３を駆動するモータ１２が水槽２の下側に設けられている。モータ１２は、プーリ５とベルト６を介してドラム３の後部の回転シャフト３ａに設けられたプーリ４に回転動力を加えることにより、ドラム３を水槽２内で回転させる。ドラム３の回転時における水槽２の振動値を計測する振動検知部４０は、水槽２の上部前方に設けられている。制御装置１３は、本体１内の下部に設けられている。制御装置１３は、振動検知部４０などの検知部を含み、これらの検知部からの入力に基づいてモータ１２の駆動を制御したり、給排水装置（図示せず）を制御したりして、使用者の運転設定に基づいて洗い工程、すすぎ工程、脱水工程などの一連の洗濯運転を実行する。

図２は、本実施の形態におけるドラム式洗濯機のドラム３の概略構成を示す透視図である。ドラム３の開口部３ｂ側を前端部、開口部３ｂの反対側を後端部とすると、前端部にバランサ８が設けられている。バランサ８は、環状容器１１で構成されており、環状容器１１の内部に、転動体９および低粘度の液体である低粘性流体１０が移動体として収容されている。転動体９は、金属などの球体の表面にゴムなどの柔軟性のある材料でコーティングをされたボールで構成されている。この構成により、環状容器と転動体とが接触したときの摩擦力を大きくすることができるとともに、アンバランスの補正量を大きくすることができる。

図３（ａ）は、本実施の形態におけるドラム式洗濯機のドラム３に設けられたバランサ８の断面図である。図３（ａ）には、バランサ８の突起体２９の要部拡大断面図も示す。図３（ｂ）は、（ａ）に示されたバランサ８の直径方向断面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、バランサ８の環状容器１１の内部には、内周面２５と外周面２６との間に、転動体９と、増粘剤を含む低粘性流体１０とが、移動体として全周を移動できるように収容されている。特に、図３（ｂ）に示されるように、環状容器１１の内周面２５側には、回転シャフト３ａ方向の片側に、複数の突起体２９が全周にわたって設けられている。これらの突起体２９は、低粘性流体１０に抗力を発生させる抵抗体である。内周面２５の突起体２９が形成されていない平坦面は、転動体９の半径よりも高く形成されている。また、突起体２９は、内周面２５の突起体２９が形成されていない平坦面から突出しないように形成されている。これにより、転動体９が突起体２９に接触しないように構成されている。

突起体２９は、鋸歯状に形成されている。突起体２９の一方の面は、法線に対して鋭角に形成され、他方の面は、法線に対して鈍角に形成され、中央部分がやや高くなるような緩やかな曲線に形成されている。ドラム３の前端部に配設されたバランサ８は、ドラム３が脱水工程時のドラム３の正回転方向Ｃ１に回転すると、低粘性流体１０が集まっているドラム３の下方位置で突起体２９間の空間により低粘性流体１０を掬い上げながら回転する。このとき、突起体２９の回転方向側の面２９ａは、低粘性流体１０を押して移動させるように作用する。この構成により、低粘性流体１０の流速による抗力を容易に発生させることができ、比重が大きい転動体９が低粘性流体１０の中にあっても、重力に勝って回動させることができるようになる。

図４は、本実施の形態におけるドラム式洗濯機のバランサ８における転動体９および低粘性流体１０の動作を説明する概略断面図である。ここでは、転動体９は、比重が大きい鉄球にＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）のゴムコーティングを施したボールで硬度は７０度である。また、低粘性流体１０は、塩化カルシウム水溶液に、転動体９の移動を促進するための増粘剤（ベントナイト）を添加して構成した場合を説明する。なお、塩化カルシウム水溶液の粘度は約４ｃＳｔであり、増粘剤を含んだ低粘性流体１０の粘度は５ｃＳｔ〜６ｃＳｔである。

本実施の形態において、転動体９が環状容器１１内で回動を開始する回転数（回動開始回転数）とは、バランサ８の内部に収容された転動体９が、ドラム３の回転数の上昇に伴って、バランサ８の環状容器１１の上部に移動し、環状容器１１の最上部を越えて回動を開始する回転数をいう。

図４は、正面から見た、脱水工程におけるドラム３の様子を示している。図４において、（ａ）には、停止しているドラム３の前端部に配設されたバランサ８の状態が示されている。ドラム３が停止している状態では、転動体９と低粘性流体１０は、ドラム３の底部に偏っている。このとき、偏心荷重である洗濯物１８も底部に偏った状態となっている。図４において、中央（ｂ）には、ドラム３が正回転方向Ｃ１に、例えば、１２０ｒｐｍで回転している状態が示されている。このとき、洗濯物１８は、ドラム３の内面に張り付いてドラム３と一緒に回転している。

ドラム３が停止状態から回転を開始すると、ドラム３の回転数の上昇に伴って、バランサ８の環状容器１１内の低粘性流体１０は低粘性であるため、遠心力により環状容器１１の外周側に移動する。また、低粘性流体１０は、環状容器１１の内面との摩擦抵抗および突起体２９の作用により、ドラム３の回転方向側に移動し、偏った状態となる。ドラム３の回転数が上昇すると、やがて、環状容器１１内の低粘性流体１０は、遠心力により環状容器１１の最上部を越えて環状容器外周に張り付いた状態となる。

転動体９は、低粘性流体１０よりも質量が大きいため、環状容器１１の内面の摩擦抵抗と、低粘性流体１０の流速による抗力によってドラム３の回転方向側へ移動する。しかし、転動体９は、低粘性流体１０よりも質量が大きいため、ドラム３の１２０ｒｐｍの回転数による遠心力では、環状容器１１の最上部を越えて移動する状態にはならず、環状容器１１内で回転方向側へ偏って滑っている状態となっている。すなわち、転動体９に作用する遠心力による摩擦力よりも転動体９に作用する重力が勝って転動体９は回動していない。

図４において、（ｃ）には、ドラム３の回転数がさらに上昇し、ドラム３が正回転方向Ｃ１に、例えば、１４０ｒｐｍで回転している状態が示されている。ドラムの回転数の上昇に伴って、環状容器１１内の低粘性流体１０は、遠心力による摩擦抵抗および突起体２９の作用によって移動速度が増大し、環状容器１１の外周にさらに広がった状態となる。また、低粘性流体１０に対する突起体２９の作用がさらに強くなるため、低粘性流体１０は、環状容器１１の外周部のほぼ全周にわたって張り付いた状態となる。

転動体９は、遠心力によるバランサ８の環状容器１１の内面の摩擦抵抗、および、低粘性流体１０の流速による抗力によって、環状容器１１の最上部に向かって押し上げられ、環状容器１１の最上部を越えて回動を開始する。本実施の形態では、１４０ｒｐｍの回転数以上では、転動体９が環状容器１１の最上部を連続的に越えて回動し、環状容器１１と共回りの状態となる。ただし、低粘性流体１０により滑りが発生するため、転動体９は環状容器１１からやや遅れた回転数で回動する共回りの状態となる。このように、本実施の形態では、バランサ８の転動体９は、ドラム３の回転数が１４０ｒｐｍ以上の状態で回動を開始するように設定されている。すなわち、所定の回転数まで上昇したときには、低粘性流体１０の流速による抗力だけ、またはその抗力と摩擦力との合成力が重力に勝って転動体９が回動するように構成されている。

さらに、図５（ａ）〜（ｃ）は、ドラム３が１４０ｒｐｍの回転数を超えて、かつ共振回転数以下の、例えば１７０ｒｐｍで回転している状態で、バランサ８の転動体９が遅れて回動し、洗濯物１８の偏心荷重との相対位置が変化している状態を示している。なお、
本実施の形態では、同位相（０度位相）、９０度位相、逆位相（１８０度位相）および２７０度位相などと説明しているが、それぞれの角度位置について、厳密にその角度にあることを規定しているものではなく、転動体９の重心がその近傍にあることを示すものである。

図５（ａ）は、ドラム３が正回転方向Ｃ１に回転している場合に、洗濯物１８の偏心荷重と転動体９の相対位置が逆位相（１８０度位相）にあることを示している。図５（ｂ）は、転動体９がドラム３の回転より遅れて回転しているために、図５（ａ）の逆位相から相対位置が９０度位相までズレている状態を示している。さらに図５（ｃ）は、図５（ｂ）の９０度位相から相対位置が同位相（０度位相）までズレている状態を示している。さらに遅れている場合は、図５（ｂ）の９０度位相の逆の位置である２７０度位相となり、さらに遅れると図５（ａ）の逆位相に戻り、このような変化が繰り返される。

この状態は、洗濯物１８の偏心荷重に対して、転動体９が遅れた状態で回転しているために周期的に相対位置が変化する状態を示している。これは、ドラム３の回転により転動体９へ遠心力が加わるが、バランサ８の外周内面と転動体９との間に発生する摩擦力が、持ち上げられる転動体９に重力が加わる位置において重力が摩擦力より上回って滑るために、ドラム３の回転より遅れる方向にズレた状態で転動体９が回転することによる。本実施の形態において、転動体９の遅れは、例えば、ドラム３が５回転する間に転動体９は４回転する程度である。すなわち、ドラム３が５回転するごとに同じ状態が繰り返される。

図６は、本実施の形態におけるドラム式洗濯機の脱水工程の回転起動時のフローチャートである。制御装置１３は、脱水工程を開始し（ＳＴＥＰ１）、ドラム３の回転数を上昇させる（ＳＴＥＰ２）。制御装置１３は、一定回転数（例えば、１２０ｒｐｍ）を維持し、転動体９がドラム３と共回りせず、バランサ８の底部に偏った状態で、洗濯物１８の偏心荷重による振動のみが発生している状態でのアンバランス検知工程を行う（ＳＴＥＰ３）。この状態では、転動体９はドラム３の振動に影響せず、洗濯物１８の偏った偏心荷重による振動のみが発生している。制御装置１３は、このアンバランス検知工程において、振動検知部４０からの入力に基づいてドラム３内の洗濯物１８による偏心荷重の位置および量を判定する。

その結果、所定の条件が満たされた場合は脱水起動を進めて回転数を上昇させる（ＳＴＥＰ４）。もし、所定の条件が満たされない場合、アンバランス解消の動作を行ったあと、再度アンバランス検知工程を行う。また、脱水起動後のドラム３の回転数毎に設けられた振動検知部４０の振動値の閾値を、アンバランス検知工程の判定に応じて区分する動作を行う。

なお、制御装置１３は、振動値を常に振動検知部４０で計測し、異常がないことを監視している。また、制御装置１３は、振動検知部４０により計測した振動の変化で偏心荷重と転動体９との相対位置を検知する位置検知部を構成している。

アンバランス検知工程で所定の条件が満たされた場合、制御装置１３は、ドラム３の回転数を共振回転数より若干低い回転数（例えば、１７０ｒｐｍ）まで回転数を上昇させる（ＳＴＥＰ４）。そして、その回転数で同位相判定工程を行う（ＳＴＥＰ５）。同位相判定工程では、洗濯物１８による偏心荷重と転動体９との相対位置を位置検知部により検知し、同位相となるタイミングを判定する。同位相となるタイミングの判定は振動検知部４０の入力を利用するが、詳細については後述する。そして、同位相と判定した場合（ＳＴＥＰ５のＹｅｓ）、即座に共振回転数を超える回転数まで上昇させる（ＳＴＥＰ６）。

このように、同位相の状態からすばやく回転数を上昇させて共振回転数を通過すること
で、逆位相へ転動体９が移動する。このとき、環状容器１１に収容された低粘性流体１０の粘性が低いため転動体９への抵抗が小さく、転動体９は位相状態から逆位相へ短時間で移動することができる。このように、転動体９が同位相からアンバランスを打ち消す逆位相へすばやく移動することで、共振回転数を通過するときに振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。

なお、転動体９が図５（ａ）〜（ｃ）のように環状容器１１の内部のどこかに偏った状態ではなく、全周に広がって重心が分散した状態になっていると、同位相状態を検知できない。本実施の形態では、しばらく回転数を維持しても、同位相が検知できない場合は、所定のタイムアウト時間を設け、一旦回転数を低下させ、あらためて回転数上昇をおこなう（ＳＴＥＰ５のＮｏ）。

また、本実施の形態では、共振回転数が１９０ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍの間としている。転動体９の動作は、理論的には、アンバランスを引き起こす偏心荷重位置に対して、共振回転数より若干低い回転数（例えば、１７０ｒｐｍ）では同位相にあり、共振回転数初期では偏心荷重位置に対して９０度位相にあり、共振回転数後期では逆位相である１８０度位相に移動することが知られている。

しかしながら、実際には、共振回転数を通過したあと、環状容器１１内の転動体９は、回転数の上昇による遠心力の増大により、必ずしも同位相から１８０度位相まで確実に移動できるとは限らない。このため、共振回転数を通過したあとも完全な１８０度位相とならない状態で回転数上昇をおこなうことがある。本実施の形態では、この状況を改善するために、共振回転数よりも若干高い回転数で回転数を維持し、転動体９を移動させるバランス改善工程を行う。

制御装置１３は、バランス改善工程において、共振回転数より若干高い回転数（例えば、３００ｒｐｍ）を維持する。その間、振動検知部４０により振動値を一定周期毎に計測する（ＳＴＥＰ７）。次に、振動値の変化を測定する振動値変化判定を行う（ＳＴＥＰ８）。ここで、振動値の変化に応じて、回転数の維持を止めて即座に回転数を上昇させるか、または、そのまま回転数の維持を継続するか、を判定する。

例えば、ＳＴＥＰ７において、１秒間隔で振動値を測定した場合、１秒間隔の最小値と１秒前の値である前回値とを常に更新し、保持する。ＳＴＥＰ８の判定において、最小値から所定値以上上昇した場合、または、前回値から所定値以上上昇した場合、には（ＳＴＥＰ８のＹｅｓ）、回転数の維持を即座に止め、回転数を上昇させる（ＳＴＥＰ１０）。

また、ＳＴＥＰ８の判定において、振動値が最小値および前回値を超えないで、振動値が一定状態で維持もしくは低下した場合には（ＳＴＥＰ８のＮｏ）、そのまま回転数を維持する。その状態を所定時間だけ継続し（ＳＴＥＰ９のＮｏ）、振動を計測するＳＴＥＰ７と振動値変化判定工程（ＳＴＥＰ８）を繰返す。所定時間が経過した場合（ＳＴＥＰ９のＹｅｓ）、回転数を上昇させる（ＳＴＥＰ１０）。制御装置１３は、脱水工程におけるドラム３の定常回転数まで回転数を上昇させ（ＳＴＥＰ１０）、その後、所定の条件を満足すれば脱水工程を終了する（ＳＴＥＰ１１）。

次に、図７を用いて、図６に示されたフローチャートに従って脱水工程が実行されたときの回転数と振動値を具体的に説明する。図７（ａ）は、本実施の形態におけるドラム式洗濯機の脱水工程の回転起動時の回転数と洗濯槽の振動値の時間特性を示す図である。図７（ｂ）は、（ａ）の共振回転数以下における時間特性を示す詳細図である。図７（ａ）、図７（ｂ）において、水槽の振動変化が振動値Ｕ１として示され、ドラム３の回転数変化が回転数値Ｕ２として示される。

脱水工程が開始され、ドラム３の回転数が１２０ｒｐｍにおいて、アンバランス検知工程が行われる。回転数が、共振回転数より低い１７０ｒｐｍに上昇すると、同位相判定工程が行われる（時間Ｔ１）。そして、判定に基づいて回転数が共振回転数より高い３００ｒｐｍまで上昇するが、共振回転数（１９０ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍ）を通過した際にも振動値が抑制されている。３００ｒｐｍで所定時間だけバランス改善工程が実行され（時間Ｔ２）、その後、定常回転数（例えば、９００ｒｐｍ）まで上昇する。振動値Ｕ１は、バランス改善工程において徐々に低下し、定常回転数に達するまでに、さらに低下している。

ここで、ドラム３が１２０ｒｐｍ〜１７０ｒｐｍで回転している間、振動値Ｕ１は極大値と極小値を繰り返しながら徐々に大きくなっている。これは、洗濯物１８の偏心位置と転動体９との相対位置が変化しているためであり、同位相で極大値を示し、逆位相で極小値を示す。したがって、制御装置１３は、同位相判定工程で、振動検知部４０により振動値Ｕ１の変化を計測し、位置検知部として極大値を検知することで同位相であることを判定することができる。

具体的には、ドラム３の回転数が１７０ｒｐｍにおいて、振動検知部４０の振動値Ｓ０の極大値を示したあと、振動値Ｓ０１の極小値を示している。その後、振動値Ｓ１まで上昇し、振動値Ｓ１直後に振動値が低下した場合、制御装置１３は、振動値Ｓ１を極大値で転動体９が同位相であると判定する。その場合、制御装置１３は、即座にモータ１２の回転数、すなわちドラム３の回転数を上昇させる。これにより、共振回転数を通過するときに短時間で振動を抑制することができる。

さらに、制御装置１３は、回転数を上昇して共振回転数を超えた３００ｒｐｍで回転数を維持し、バランス改善工程を行う。これにより、環状容器１１内の転動体９は、振動値がさらに減少する最適位置へ移動する。その後、時間Ｔ２が経過した後、回転数をさらに上昇し、定常回転数まで上昇すると、振動は振動値Ｌａまで低下した状態に抑制することができる。

以上、説明したように、本実施の形態のドラム式洗濯機は、水平または傾斜した回転シャフト３ａにより回転可能に支持されたドラム３と、ドラム３を回転駆動するモータ１２と、ドラム３を収容する水槽２と、環状容器１１に移動体を収容してドラム３の前端部に配設されたバランサ８と、モータ１２の駆動を制御して洗濯運転を実行する制御装置１３と、を備えたドラム式洗濯機であって、バランサ８は、移動体として転動体９および低粘性流体１０を有するとともに、環状容器１１の内部に低粘性流体１０の流速による抗力を発生する突起体２９を備え、制御装置１３は、ドラム３に収容される洗濯物１８の偏心荷重位置と転動体９との相対位置を検知する位置検知部を有するとともに、脱水工程におけるドラム３の回転起動時、共振回転数より低い回転数でドラム３が回転する際、位置検知部の検知により相対位置を同位相と判定した場合に、共振回転数より低い回転数から共振回転数を超える回転数まで上昇させるように構成されたものである。

この構成により、ドラム３の回転数が共振回転数より低い回転数において、転動体９が環状容器１１内を滑ることにより、洗濯物１８による偏心荷重の位置と転動体の位置とが周期的な相対運動となる。制御装置１３は、偏心荷重と転動体９との相対位置が同位相となったことを位置検知部で検知したタイミングで回転数を上昇させて共振回転数を通過させる。このとき、転動体９は、低粘性流体１０の抵抗の小さい状態でアンバランスを打ち消す方向へ速やかに移動する。すなわち、同位相からアンバランスを打ち消す逆位相へ転動体９がすばやく移動することで、同位相時の振動が大きくなることなく、共振回転数を通過するときに振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることがで
きる。

また、突起体２９によって低粘性流体１０の流速による抗力が発生し、比重が大きい転動体９が滑りやすい低粘性流体１０の中にあっても、重力に勝って環状容器１１内を滑りながら回動することができる。

そして、このバランサ８は、ドラム３の回転数が共振回転数以下で回転し、かつバランサ８の転動体９が環状容器１１とともに回動している状態で、回転数が低いために遠心力が小さく、転動体９が遅れて洗濯物１８の偏心荷重との相対位置が常にずれて移動している状態となっていることにより、周期的に同位相から９０度位相、さらに逆位相、さらに２７０度位相、再び同位相を繰り返し発生するものである。また、環状容器１１内の低粘性流体１０が低粘度であることにより、転動体９が短時間に１８０度の逆位相へ移動することができるものである。そして、制御装置１３は、共振回転数より低い回転数で位置検知部の検知により、洗濯物１８の偏心荷重位置と転動体９との相対位置を同位相と判定した場合に、共振回転数より低い回転数から共振回転数を超える回転数まで上昇させるものである。

その結果、転動体９の逆位相への移動を最小限にし、転動体９は、低粘性流体１０の抵抗の小さい状態でアンバランスを打ち消す方向へ速やかに移動する。すなわち、同位相からアンバランスを打ち消す逆位相へ転動体９がすばやく移動することで、共振回転数を通過するときに振動を抑制するとともに、短時間でドラムの回転数を上昇させることができる。

また、共振回転数を通過後、回転数上昇により転動体９にかかる遠心力が増大することで、転動体９は移動しにくくなり、完全に逆位相の状態まで到達しない場合がある。しかし、低粘性流体１０により、ドラム３の回転の振動による加振力により徐々に移動することができ、徐々に逆位相まで移動することによって、さらに振動値を低下させることができる。

さらに、その振動値が低下している状態で定常回転数まで回転数を上昇させることで、転動体９はさらにアンバランスを打ち消す位置に移動する距離が短いため、低振動となるとともに、さらに遠心力により転動体９が移動できない状態となって振動値Ｌａの状態で維持され、低振動を実現することができる。

ちなみに、図８は、本実施の形態との比較として、偏心荷重と転動体９との相対位置が逆位相の状態のときにドラム３の回転数を上昇させた場合の水槽２の振動値の時間特性を示す図である。図８に示されるように、洗濯物１８の偏心荷重の位置と転動体９との相対位置が逆位相となり、振動値Ｓ１２が極小値となる状態の直後の振動値Ｓ２から回転数を上昇させている。この場合、転動体９は、振動が大きくなる同位相を通過して逆位相へ移動することとなり、そのときに振動値Ｈ２のように極端に大きな振動を発生することとなった。このように振動が大きくなり、所定の上限振動値Ｌ１を超過した場合、制御装置１３は、脱水起動を最初から行う必要があり、脱水工程を長時間化させることとなる。したがって、本実施の形態のように、共振回転数より低い回転数で同位相を判定して回転数を上昇することで、共振回転数を通過するときに振動を抑制することができ、脱水時間の長時間化を抑制できる。

なお、本実施の形態では、位置検知部は、振動値の変化を検知して同位相判定を行う例を示しているが、これに限られるものではない。同位相を判定できる他の方法として、例えば、ドラムを駆動するモータの電流値を検知する電流検知部を設け、電流値の変化を検知して行うことも可能である。この場合、同位相時は振動が大きくなることで負荷トルク
が大きくなるため、電流の増加を検知することで、同位相判定をおこなうことができる。また、水槽に設けられた振動検知部に替えて加速度検知部を設け、加速度の変化を検知しても可能である。さらに、転動体が鉄球である場合、水槽に設けられたセンサ（例えば、光電センサや金属センサなど）で転動体の位置を検知する方法であっても可能である。

また、共振回転数より低い回転数について、１２０ｒｐｍ、１４０ｒｐｍ、１７０ｒｐｍなどを例示して説明しているが、この数値に限られるものではない。さらに、水槽、ドラムおよび洗濯機本体などの構成によっても共振回転数は変化するため、それぞれの共振回転数に応じて、それより低い回転数で判定することで本実施の形態と同様の効果が得られる。

また、バランサの低粘性流体として塩化カルシウム水溶液を例示しているが、塩化ナトリウム水溶液（すなわち塩水）であってもよい。これらの水溶液は氷点が低い不凍液であり、気温が低い環境でも凍ることなく対応できる。実使用においては不凍液が望ましいが、使用条件によってはこれに限られるものではなく、粘度の低い粘性流体であれば、振動抑制については同様の効果を得ることができる。さらに、不凍液としては安価であり経済性に優れている。また、増粘剤についてもベントナイトに限られるものではない。

さらに、低粘性流体の粘度を５ｃＳｔ〜６ｃＳｔとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、水を含む１ｃＳｔ〜１０ｃＳｔ程度の液体でもよく、転動体が速やかに移動できる粘度であればよい。この構成により、転動体は、低粘性流体の中で滑りやすく抵抗が小さいため、すばやく移動することができる。なお、粘度が高いほど、共振回転数以下の回転数から共振回転数を通過するときに転動体が移動しにくいため、逆位相への移動に時間を要したり、移動のための加振力を必要としたりすることがあり、振動の抑制が低下して時間がかかるようになる場合がある。

また、転動体の中心となる球体として、鉄球を例示したが、ガラス球、ゴム球などを用いてもよい。比重や重量、大きさや数量など、必要に応じて選択できる。さらに、転動体表面のコーティング材として、ＥＰＤＭのほか、シリコンゴム、ナイロン、ウレタン、ポリエチレンなど、バランサ８の環状容器内面と転動体表面との間で摩擦を発生させる材料で、流体との接触における化学的性質などに問題がなければ、任意の材料を用いてもよい。

また、ドラムの前端部にバランサを設けた場合を例示したが、バランサは、後端部のみや、前端部と後端部の両方に設けられてもよい。また、転動体は、球体を例示したが、バランサの環状容器内を自在に移動することが可能な形状であれば、円筒形など他の形状であってもよい。

本発明にかかるドラム式洗濯機は、ドラムにバランサを備えて脱水工程における回転起動時の振動が大きくなることを抑制し、脱水時間の長時間化を防止することができることから、家庭用、業務用のドラム式洗濯機やドラム式洗濯乾燥機のほか、高速に回転するクリーニング装置などに有用である。

１ 本体
２ 水槽
３ ドラム
８ バランサ
９ 転動体（移動体）
１０ 低粘性流体（移動体）
１１ 環状容器
１２ モータ
１３ 制御装置
１８ 洗濯物
２９ 突起体（抵抗体）

Claims (11)

1. 水平または傾斜した回転シャフトにより回転可能に支持されたドラムと、
   前記ドラムを回転駆動するモータと、
   前記ドラムを収容する水槽と、
   環状容器に移動体を収容して前記ドラムの前端部および後端部の少なくともいずれかに配設されたバランサと、
   前記モータの駆動を制御して洗濯運転を実行する制御装置と、を備えたドラム式洗濯機であって、
   前記バランサは、前記移動体として転動体および低粘性流体を有し、
   前記制御装置は、
   前記ドラムに収容される洗濯物の偏心荷重の位置と前記転動体の位置との相対位置を検知する位置検知部を有するとともに、
   脱水工程における前記ドラムの回転起動時、共振回転数より低い回転数で前記ドラムが回転する際、前記位置検知部の検知により前記相対位置を同位相と判定した場合に、共振回転数より低い回転数から共振回転数を超える回転数まで上昇させるように構成されたことを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 前記バランサは、
   前記環状容器の内部に前記低粘性流体の流速による抗力を発生する抵抗体を備え、
   共振回転数より低い回転数で、前記偏心荷重の位置と前記転動体の位置とが相対的にズレを持ちながら周期的な相対運動となるように構成された請求項１に記載のドラム式洗濯機。
3. 前記低粘性流体は、粘度が１ｃＳｔ〜１０ｃＳｔとなるように設定された請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
4. 前記バランサは、共振回転数より低い回転数でドラムが回転する際に、前記転動体に作用する遠心力による摩擦力よりも重力が勝って転動体は回動せず、かつ、所定の回転数まで上昇したときには、前記低粘性流体の流速による抗力だけ、または前記抗力と前記摩擦力との合成力が重力より勝って前記転動体が回動するように構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
5. 前記位置検知部は、振動検知部を含んで構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
6. 前記位置検知部は、前記モータの電流を検知する電流検知部を含んで構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
7. 前記位置検知部の出力の変化が極大値となった場合に同位相と判定する請求項１〜６のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
8. 前記抵抗体は、前記環状容器のいずれかの内面に、前記転動体に接触しないように設けられた突起体により構成された請求項２〜７のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
9. 前記低粘性流体は、増粘剤を含んで構成された請求項１〜８のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
10. 前記低粘性流体は、塩化カルシウム水溶液または塩化ナトリウム水溶液で構成された請求項１〜９のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
11. 前記転動体は、球体にゴムなどの柔軟性のある材料でコーティングされたボールとして構成された請求項１〜１０のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。

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