JP4853528B2 - 洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、弾性支持された受け筒内に回転可能なドラムを備え、そのドラム内で洗濯物の洗い、すすぎ及び脱水または乾燥を行うドラム式の洗濯機もしくは洗濯乾燥機に関するものである。

従来、脱水時のアンバランス検出制御や洗い時の洗濯物移動量検出制御など洗濯運転時におけるドラムの挙動や、ドラム内での洗濯物の挙動を計測・推定し、洗濯状況を適切に改善するためにドラムの回転速度を変化させる事が実施されている。例えば、特許文献１では、ドラムの受け筒に半導体加速度センサを取り付け、図５に示すように、加速度センサ出力の変化量と、モーター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ーの回転数を変化させる制御手段が提案されている。
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、１）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、衣類の挙動を正確に把握することが困難である。例えば、モーター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、衣類の量、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、２）モーター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、衣類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衣類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攪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。

本発明は上記課題を解決するもので、回転可能なドラムを内包した受け筒の振動を検出する振動検出部と、振動検出部で検出された振動に対し周波数成分を計算する周波数成分計算部を具備し、所定の周波数領域における振動スペクトルのピーク値の値と振動スペクトルの平均値の値が近づくようにドラムを繰り返し急反転させることで、洗濯物どうしの絡みをほぐし、大きな塊状から徐々に小さな塊状へと変化させ、洗浄ムラが少なく、洗浄性能に優れた洗濯機と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、洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを収容しかつ筐体の上面に支持された弾性吊り下げ手段及び下方から防振ダンパーにより支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモーターと、前記受け筒に密着して取り付けられ前記受け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（周波数とそれに対応する振動スペクトル）を計算する周波数成分計算部とを備え、前記周波数成分計算部から求められた所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所定の割合から外れた際にドラムを短時間で繰り返し急反転させる制御を行う洗濯機とした。これにより、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た洗濯機としている。

本発明によれば、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範囲の割合から外れた際にドラムを短時間で繰り返し急反転させることで、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、洗浄性能に優れた洗濯機を提供することが可能となる。

第１の発明は、洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを収容しかつ筐体の上面に支持された弾性吊り下げ手段及び下方から防振ダンパーにより支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモーターと、前記受け筒に密着して取り付けられ前記受け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（周波数とそれに対応する振動スペクトル）を計算する周波数成分計算部とを備え、前記周波数成分計算部から求められた所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所定の割合から外れた際にドラムを短時間で繰り返し急反転させる制御を行う洗濯機である。

ここで、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いる。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、洗浄性能を高めることができる。

第２の発明は、第１の発明において、所定の周波数の範囲が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が好ましく、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ている。

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、第１または第２の発明において、振動スペクトルの平均値を算出する計算に、所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が好ましい。これにより、周波数成分計算部における計算時間を短縮でき、洗濯時の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の向上を図ることができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか１つの発明において、受け筒の振動を検出する振動検出部が取り付けられる位置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が好ましい。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ー部より離れ、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ため、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、第１〜第４の発明のいずれか１つの発明において、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が好ましい。これにより、回転速度が決定した後、モーター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。ここで、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、第１〜第５の発明のいずれか１つの発明において、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１０回転以内であることが好ましい。これにより、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が、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態１における洗濯機の側面概略図である。図中、１は筐体、２はドラム、３は受け筒、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、１０は洗濯物、１１は衣類投入・取出し口、１２はモーター、１３はベルトである。以下に本実施の形態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を内包する受け筒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。受け筒３底部にはモーター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衣類投入・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け筒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、特に限定されるものではないが、本発明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°についてはドラムの回転が反転するために、左右反転しても問題はない。

今、洗浄性能を向上させるためには洗濯物をバッフルにて持ち上げ、上部から落下させる叩き洗い（軌跡Ｂ）が最適であり、ドラムに張り付いて動く場合（軌跡Ｃ）や、ドラム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面に衝突することが最適となる。そこで仮に、ドラムの回転速度を３７ｒｐｍ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。

また、洗濯物のドラム内での状態がドラムの振動に影響し、結果として振動検出部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）はドラム内で衣類が絡んでいないために、衣類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）は衣類が絡み合い大きな塊となってドラム内で動いている様子を表している。図３（ｂ）の様に衣類が大きな塊となってドラム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が現れる。ドラムに生じる振動という視点からは、ドラムに衝突する頻度が塊の数に依存することで、個別の衣類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衣類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、衣類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を用いて本発明のより具体的な動作を説明する。図４は洗濯物１．５ｋｇで洗濯をした際の洗濯開始１０分における洗濯物同士の絡み具合が弱い場合の振動検知部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２Ｈｚ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。

ここで、振動検出部においてドラムの振動を検知するタイミングは所定のドラム回転速度が決定してから約５秒後より開始し、ドラムが同一方向に４回転するまでの受け筒の振動を計算に用いた。

また、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。

衣類が絡んでなく、図４（ａ）のほぐれた状態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、衣類が絡み始め、図４（ｂ）の塊気味となった状態では、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。さらに、このような状態の後、ドラムを短時間の間に繰り返し急反転させた所、再び衣類の絡みが緩和され、ピーク値と平均値の差が１０％以内に変化した。

この様にドラムの振動検出部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衣類の絡みや大きな塊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。

以上に述べた通り、本発明の洗濯機は、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機とすることができる。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。

本発明の実施の形態１における洗濯機の側面概略図 最適な洗濯状態の説明図 （ａ）実施の形態１におけるドラム内で洗濯物が個別に攪拌されている状態を示す説明図（ｂ）同ドラム内で洗濯物が塊を形成し攪拌されている状態を示す説明図 （ａ）実施の形態１における洗濯物がほぐれた状態の周波数と振動スペクトルの関係を示す説明図（ｂ）同洗濯物が塊になった状態の周波数と振動スペクトルの関係を示す説明図 従来の洗濯機におけるモーター回転数の制御方法を示す図

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 衣類投入・取り出し口
１２ モーター
１３ ベルト

Claims (6)

1. 洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを収容しかつ筐体の上面に支持された弾性吊り下げ手段及び下方から防振ダンパーにより支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモーターと、前記受け筒に密着して取り付けられ前記受け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を備え、前記周波数成分計算部から求められた所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所定の割合から外れた際にドラムを短時間で繰り返し急反転させる制御を行う洗濯機。
2. 所定の周波数の範囲が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請求項１記載の洗濯機。
3. 振動スペクトルの平均値を算出する計算に、所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請求項１または２に記載の洗濯機。
4. 受け筒の振動を検出する振動検出部が、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. 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. 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１０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。