JP5380320B2

JP5380320B2 - 洗濯機

Info

Publication number: JP5380320B2
Application number: JP2010023692A
Authority: JP
Inventors: 真理黒澤; 功桧山; 俊介中村; 幸司松本; 寛大杉
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: JP2011160845A

Description

本発明は、ドラムを内包する外槽と筐体を防振装置により支持した構成の洗濯機に関する。

例えば、従来のドラム式洗濯機は、一般的に洗濯物を収容するドラムが水を貯める外槽にシャフトを介して接続されている。さらに、ドラムはシャフトを介してモータによって回転駆動される。外槽は洗濯，脱水，乾燥の各工程で生じる振動が筐体に伝達されないよう防振装置で筐体に支持されている。

ドラム式洗濯機において低振動，低騒音な脱水運転を行うためには、洗濯物をいかにしてドラム内壁に均等に張り付かせ、洗濯物の偏り（アンバランス）の少ない状態でドラムの回転速度を上昇し、脱水を行うかが課題である。これまでにも、外槽や筺体に設置した振動検知装置の出力によってアンバランスの大きさを検出し、回転速度を上昇し脱水を行うか、ドラムの回転速度を低下し、洗濯物を均等に張り付ける工程からやり直すかという判定を行う方法が提案されている。しかし、アンバランスの発生位置によって顕著に現れる振動モードが異なり、１つのセンサで外槽の振動を把握するのは困難である。

そこで、アンバランスの前後位置を判定し、その結果に応じて回転速度を上昇させる判定を行うしきい値を変更する方法も提案されている。例えば、２軸以上の複数方向の振動を検知することができる振動検知手段で各振動成分の位相差から洗濯物の前後方向のアンバランス位置を特定し、アンバランス位置に応じて高速脱水へ移行する判定手段のしきい値を個別に設定する手法が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−３１１８８５号公報

特許文献１の構成では、アンバランスの前後方向の位置の把握は可能であるものの、ねじり振動による外槽の回転角度の把握は困難である。振動振幅が同程度であっても回転角度が大きい程、床に伝わる力や騒音が大きくなる傾向があるため、アンバランスの前後位置だけでなく回転角度の検出が重要である。

そこで、本発明は、上記ねじり振動を考慮して、振動によって床に伝わる力や騒音を低減できる洗濯機を提供することを目的とする。

洗濯物を収容するドラムと、前記ドラムを内包する外槽と、前記ドラムを回転駆動する駆動機構と、前記駆動機構を制御する制御装置を備えた洗濯機において、
鉛直軸周り、ドラムの回転軸に垂直な軸周りの少なくともどちらか一方のねじり振動の大きさを測定する回転角度検出装置を有し、この回転角度検出装置の出力に基づいて前記ドラムの回転を制御することを特徴とする。

また、前記振動検出装置および回転角度検出装置の出力によってアンバランスの前後位置および量を検出し、あらかじめアンバランスの位置やドラムの回転速度に応じて設定したしきい値よりも大きいと判断した場合にはドラムの回転を停止、もしくは減速し再起動を行うことで振動の小さい脱水運転を行う。

本発明によれば、回転角度検出装置の出力に基づいてドラムの回転を制御するので、回転角度が大きい場合にはドラムの回転を停止、もしくは減速して起動をやり直す脱水起動を行うことができ、低振動のドラム式洗濯機とすることができる。

また、本発明によれば、振動が大きくなるような洗濯物の偏りの状態を、外槽の変位および回転角度から特定し、高精度なアンバランス判定を行うことができ、その結果に応じて適切にドラム回転速度の制御を行うことで、振動の小さい脱水運転を行うことができる。

本発明のドラム式洗濯機を示す外観図である。本発明のドラム式洗濯機の筐体の一部を切断して内部構造を示す斜視図である。本発明のドラム式洗濯機の内部の構造を示すための右側面図である。本発明のドラム式洗濯機の制御系を示すブロック図である。アンバランスが前方にある場合の振動振幅および回転角度を示す図である。アンバランスが後方にある場合の振動振幅および回転角度を示す図である。振動振幅と回転角度の関係を示す図である。本発明の脱水工程における低速領域の制御を示すフローチャートである。本発明の脱水工程における高速領域の制御を示すフローチャートである。外槽の振動および振動検出方向を示す模式図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態例について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態例に関わるドラム式洗濯機の外観図である。図２は内部の構造を示すために筐体の一部を切断して示した斜視図、図３は内部の構造を示すために右側面図である。

外郭を構成する筐体１は、ベース１ｈの上に取り付けられており、左右の側板１ａ，１ｂ（図示せず），前面カバー１ｃ，背面カバー１ｄ（図示せず），上面カバー１ｅ，下部前面カバー１ｆで構成されている。左右の側板１ａ，１ｂは、コの字型の上補強材（図示せず），前補強材（図示せず），後補強材（図示せず）で結合されており、ベース１ｈを含めて箱状の筐体１を形成し、筐体として十分な強度を有している。

ドア２は前面カバー１ｃの略中央に設けた洗濯物を出し入れするための投入口を塞ぐためのもので、前補強材に設けたヒンジで開閉可能に支持されている。ドア開放ボタン２ａを押すことでロック機構（図示せず）が外れてドアが開き、ドアを前面カバー１ｃに押し付けることでロックされて閉じる。前補強材は、後述する外槽の開口部と同心に、洗濯物を出し入れするための円形の開口部を有している。

筐体１の上部中央に設けた操作・表示パネル３は、電源スイッチ４，操作スイッチ５，表示器６を備える。操作・表示パネル３は筐体１下部に設けた制御装置７に電気的に接続している。

図２に示すドラム８は回転可能に支持されており、その外周壁および底壁に通水および通風のための多数の貫通孔を有し、前側端面に洗濯物を出し入れするための開口部８ａを設けてある。開口部８ａの外側にはドラム８と一体の流体バランサを備えている。外周壁の内側には軸方向に延びるリフタが複数個設けてあり、洗濯，乾燥時にドラム８を回転すると、洗濯物はリフタと遠心力で外周壁に沿って持ち上がり、重力で落下するように動きを繰り返す。ドラム８の回転中心軸は、水平または開口部８ａ側が高くなるように傾斜している。

円筒状の外槽１０は、ドラム８を同軸上に内包し、前面は開口し、後側端面の外側中央にモータを取り付ける。モータの回転軸は、外槽１０を貫通し、ドラム８と結合している。前面の開口部には外槽カバー１０ａを設け、外槽内への貯水を可能としている。外槽カバー１０ａの前側中央には、洗濯物を出し入れするための開口部１０ｂを有している。

開口部１０ｂと前補強材に設けた開口部は、ゴム製のベローズ１１で接続しており、ドア２を閉じることで外槽１０を水封する。外槽１０の底面最下部には、排水口が設けてあり、排水ホースが接続している。排水ホースの途中には排水弁が設けてあり、排水弁を閉じて給水することで外槽１０に水を溜め、排水弁を開いて外槽１０内の水を機外へ排出する。

図３に示す外槽１０は、下側をベース１ｈに固定された左右一対のサスペンション１２で防振支持されている。サスペンション１２はコイルばね１３とダンパ１４で構成される。また、外槽１０の上側は上部補強部材に取り付けた補助ばねで支持されており、外槽１０の前後方向への倒れを防ぐ。外槽１０の振動検知手段として外槽１０の前方下部には振動センサ１５が設置してある。また、ドラム８，外槽１０などの振動部の重心の鉛直軸上にジャイロセンサ１６が設置してある。振動センサ１５は３軸のセンサを用いる。回転角度検出装置としてジャイロセンサ１６も３軸の角速度を検出する。ここで、振動センサとジャイロセンサは必ずしも３軸のものを用いる必要はない。

図４はドラム式洗濯機の制御装置を示すブロック図である。制御装置はマイクロコンピュータ１７を主体として構成される。操作・表示パネル３の入力により洗濯コースなどが選択され、起動パターンデータベース３１により決定された運転を開始する。マイクロコンピュータ１７の指令により、モータ駆動回路１８を介してモータ１９が回転する。モータの回転速度は回転速度算出部３２により測定される。また、洗濯の工程に応じて、給水弁２０，排水弁２１の開閉が行われる。

脱水工程では振動センサ１５やジャイロセンサ１６により外槽の振動を検出する。ジャイロセンサ１６の出力を回転角度算出部３３によって角度に変換する。また、アンバランス検知部３４によって、振動振幅や回転角度からアンバランスの位置および量を算出する。算出したアンバランス位置および量をしきい値データベース３５との比較を行い、アンバランス量が過大と判断した場合には、ドラムの回転を停止、もしくは減速する。

次に、本発明の角度検出による振動判定方法について説明する。３軸のジャイロセンサを外槽に設置し、ねじり振動による回転角度を測定する。アンバランスの状態によっては同じ振動振幅であっても、回転角度が異なる場合がある。回転角度が大きい場合、同様の振動振幅で回転角度が小さい場合に比べ、床面への振動伝達や騒音が大きくなる傾向がある。そこで、ジャイロセンサにより検出した角速度（回転角度）が予め設定した値よりも大きい場合ドラムの回転を停止、もしくは減速する。このような制御を行うことで振動を低減することができる。

外槽の振動モードはドラムの回転速度によって変化する。振動モードにより顕著に現れるねじり振動の軸が異なるため、ドラムの回転速度に応じて検出する軸を変更することが望ましい。また、それに伴い振動振幅の検出方法も変える必要がある。例えば、２４０rpm前後で発生する前側が左右に振動するモードでは前左右振動と鉛直軸周りの回転角度を測定することが望ましい。

次に、本発明のアンバランス検出方法について説明する。図５，図６にアンバランス状態が異なる２種類の外槽の振動振幅，回転角度を示す。ここでは、２００rpmから３００rpmに発生する外槽前方が大きく振れる振動モードの場合を例にとる。図５はアンバランスが前方にある場合、図６はアンバランスが後方にある場合の左右振動振幅，鉛直軸周りの回転角度を示す。

図５（ａ）はアンバランスの位置を示す模式図であり、図５（ｂ）は２４０rpmの前方および後方の振動振幅，回転角度を示す図である。前方にアンバランスが発生しているため、後方の振動に比べ前方の振動が大きくなっていることがわかる。また、外槽の前方と後方で振動振幅に差があり、回転角度が大きくなっている。図６（ａ）はアンバランスの位置を示す模式図であり、図６（ｂ）は２４０rpmの前方および後方の振動振幅，回転角度を示す図である。後方にアンバランスが発生しているため、前方にアンバランスがある場合に比べ前方の振動が小さくなる。また、外槽の前方と後方の振動振幅が同程度であり、回転角度が小さくなる。この様にアンバランスの位置によって振動振幅や回転角度に差があることがわかる。

次に、図７に回転角度と振動振幅の関係を示す。縦軸に前方の左右振動振幅を示し、横軸に前記左右振動がドラム１回転の中で最大値の時の回転角度を示す。アンバランスの位置が前方になるほど回転角度は大きくなる。また、アンバランス量が大きいほど回転角度の絶対値が大きくなる。したがって、あらかじめこれらの関係を、表や式、あるはマップとして記録しておき、振動センサとジャイロセンサの出力もしくはそれらを振動振幅や回転角度に変換した値と比較することでアンバランスの位置および量を検出することが可能である。

今回の実施例では、２４０rpmの左右振動の最大値と、左右振動が最大値を取った時の回転角度の関係からアンバランス量を推定する方法を説明した。左右振動の最大値と、左右振動と回転角度の位相差からアンバランス位置および量を推定することも可能である。また、前記実施例では左右振動と鉛直軸周りの回転角度を例に取って説明したが、振動方向でなくともよく、回転角度も鉛直軸とドラムの回転軸に垂直な軸周りでもよい。

図８，図９は本発明の脱水工程のフローチャートを示す。図８は低速脱水領域、図９は高速脱水領域を示す。

まず、Ｓｔｅｐ１０１でモータを駆動しドラムの回転速度を上昇させる。Ｓｔｅｐ１０２でドラムの回転速度がドラム回転速度領域Ａ（８０rpm〜２００rpm）において回転角度判定１を行う。回転速度領域Ａでは左右振動が大きく現れるため、回転角度検出装置の検出方向を鉛直軸周りの回転角度θ_yとする。回転角度検出装置の出力θ_yがあらかじめ設定したしきい値θ₁よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行し、ドラムの回転を停止もしくは洗濯物が張り付く回転速度よりも減速する。一方、回転角度が前記θ₁よりも小さい場合はＳｔｅｐ１０４でアンバランス量判定１を行う。アンバランス量判定では振動振幅および回転角度からアンバランスの位置および量を検出する。検出したアンバランス量Ｗがあらかじめアンバランスの位置ごとに設定したしきい値Ｗ₁よりも大きい場合にはＳｔｅｐ１０３に移行する。ここで、前記しきい値はアンバランスの位置に応じて決定される。

さらに回転速度を上昇し、回転速度領域Ｂ（２００rpm〜３００rpm）においてＳｔｅｐ１０５で回転角度判定２を行う。回転速度領域Ｂでは前方の左右振動が大きく現れるため、回転角度検出装置の検出方向を鉛直軸周りの回転角度θ_yとする。また、上下振動も発生するため、ドラムの回転軸および鉛直軸に垂直な軸周りの回転角度θ_xも検出する。前記回転角度検出装置の出力θ_x，θ_yがあらかじめ設定したしきい値θ_x2，θ_y2よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行する。一方、回転角度が前記θ_x2，θ_y2よりも小さい場合はＳｔｅｐ１０６でアンバランス量判定２を行う。Ｓｔｅｐ１０４と同様にアンバランスの位置および量を判定し、その値をあらかじめアンバランスの位置ごとに設定したしきい値Ｗ₂と比較し、しきい値よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行する。しきい値Ｗ₂よりも小さい場合はさらに回転速度を上昇させる。

回転速度領域Ｃ（３００rpm〜４５０rpm）において回転角度判定３を行う（Ｓｔｅｐ１０７）。回転速度領域Ｃでは前後振動が大きく現れるため、回転角度検出装置の検出方向をドラムの回転軸および鉛直軸に垂直な軸周りの回転角度θ_xとする。回転角度検出装置の出力θ_xがあらかじめ設定したしきい値θ₃よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行する。一方、回転角度が前記θ₃よりも小さい場合はＳｔｅｐ１０８でアンバランス量判定３を行う。Ｓｔｅｐ１０４と同様にアンバランスの位置および量を判定し、その値をあらかじめアンバランスの位置ごとに設定したしきい値Ｗ₃と比較し、しきい値Ｗ₃よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行する。しきい値Ｗ₃よりも小さい場合はさらに回転速度を上昇させる。

回転速度領域Ｄ（４５０rpm〜９００rpm）において回転角度判定４を行う（Ｓｔｅｐ１０９）。回転速度領域Ｄでは回転角度検出装置の検出方向を鉛直軸周りの回転角度θ_yとする。回転角度検出装置の出力θがあらかじめ設定したしきい値θ₄よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行する。一方、回転角度が前記θ₄よりも小さい場合はＳｔｅｐ１１０でアンバランス量判定４を行う。Ｓｔｅｐ１０４と同様にアンバランスの位置および量を判定し、その値をあらかじめアンバランスの位置ごとに設定したしきい値Ｗ₄と比較し、しきい値Ｗ₃よりも大きい場合はＳｔｅｐ１０３に移行する。しきい値Ｗ₄よりも小さい場合はさらに回転速度を上昇させ、高速脱水領域に移行する。

ここで、本実施例では各回転速度領域においてアンバランス量判定を行っているが、必ずしもすべての領域で行う必要はなく、回転速度を上昇させる際にアンバランス量が大きく変化しないと仮定し、回転速度領域Ａや回転速度領域Ｂで判定するだけでもよい。

次に、図９で高速脱水領域の制御方法を説明する。Ｓｔｅｐ２０１で回転速度を上昇し、Ｓｔｅｐ２０２で回転角度判定５を行う。前記回転角度検出装置の出力があらかじめ設定したしきい値θ₅よりも大きい場合は、Ｓｔｅｐ２０３に移行し、移行した時の回転速度を基準に脱水回転速度および脱水時間の決定を行う。例えば、１２００rpmでＳｔｅｐ２０３に移行した場合は、回転速度を１２００rpm、脱水時間を１５分とする。

Ｓｔｅｐ２０２で前記回転角度検出装置の出力があらかじめ設定したしきい値θ₅以下の場合は、Ｓｔｅｐ２０４に移行し、アンバランス量判定５を行う。ここで、振動検出装置の出力があらかじめ設定したしきい値Ｗ₅よりも大きい場合は、Ｓｔｅｐ２０５に移行し、脱水回転速度および脱水時間を設定する。振動検出装置の出力があらかじめ設定したしきい値Ｗ₅以下だった場合、Ｓｔｅｐ２０６に移行する。Ｓｔｅｐ２０６でドラムの回転速度が洗濯物の量やコースによってあらかじめ設定した最終脱水回転速度ωに到達しているか判定し、ω以下の場合はＳｔｅｐ２０２に移行する。最終脱水回転速度ωに到達している場合はＳｔｅｐ２０７に移行し、脱水時間が所定の脱水時間になるまで回転速度を維持し、脱水時間が経過した場合にはドラムの回転を停止し、脱水工程を完了する。

前述の実施例では回転速度に応じて１軸の回転角度のみを検出したが、３軸全て検出することでより正確な検出が可能になる。

次に、振動推定方法について説明する。ドラム式洗濯機の場合、ドラムの回転速度に応じて振動モードが異なるため、測定する必要がある位置や方向が異なる。例えば、１５０rpm付近では外槽の後方が左右に大きく振れるモードとなり、外槽後方の左右両端が筺体と衝突する可能性があるため、その振動の検出が必要である。一方、３００rpm付近では外槽が前後に振動し、外槽の後方上部が筺体と衝突する可能性がある。このように、ドラムの回転速度によって検出が必要な外槽の位置および振動方向が異なる。しかし、検出が必要な場所は基本的にスペースが狭く、センサの設置が困難である。また、検出が必要な位置が複数あるため必要なセンサの数が多くなりコストが増加する問題がある。そこで、検出が必要な位置とは異なる場所に設置したセンサの出力から、検出が必要な位置の振動振幅を推定することでこの問題が解決できる。

図１０は外槽の振動および振動検出方向を示す模式図である。前方下部にセンサを設置し、その位置の前後変位をＸ_fとし、紙面に垂直な軸周りの回転角度をθとする。また、外槽の奥行きをＬ、高さをＨとする。この時後方上部の前後変位Ｘ_bは
Ｘ_b＝Ｘ_f＋Ｌ（cosθ−１）＋Ｈsinθ
で表すことができる。このように、１箇所に設置した振動センサおよびジャイロセンサの出力により外槽の各位置での振動振幅が推定可能である。また、ドラムの回転速度によって振動を推定する位置および方向を変えることで、外槽と筺体の振動を防止することができ、静かな脱水運転を提供することができる。

次に振動検出装置および回転角度検出装置の設置方法について説明する。回転角度検出装置は回転軸上に設置する場合と回転軸から離れた位置に設置する場合で出力が異なる場合があり、回転軸から離れる程ノイズの影響を受けやすくなる。また、回転軸から離れた位置に設置する場合、回転振動だけでなく並進振動も発生するため、装置の寿命が低下する恐れがある。このように回転角度検出装置は測定する振動体の回転中心付近，重心付近に設置することが望ましい。

また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などによって３軸加速度センサと３軸ジャイロセンサを１つのチップで行い、振動検出装置と回転角度検出装置として同じ位置に設置することで基板の共有化などを行い、コストを低減することが可能である。外槽と筺体はゴム製のパッキンで前方を接続されているため、前方の振動が大きいと筺体に伝わる力が大きくなる。また前方の振動はパッキンの寿命に影響するため前方の振動の把握は重要である。そこで、前述のように振動検出装置と回転角度検出装置を同じ位置に設置する場合、振動体の重心よりも前方に設置することが望ましい。

本実施例ではドラム式洗濯機について説明したが、縦型洗濯機等についても同様のことが言える。

１筐体
２ドア
３操作・表示パネル
５操作スイッチ
６表示器
７制御装置
８ドラム
１０外槽
１５振動センサ
１６ジャイロセンサ

Claims

洗濯物を収容するドラムと、前記ドラムを内包する外槽と、前記ドラムを回転駆動する駆動機構と、前記駆動機構を制御する制御装置を備えた洗濯機において、
鉛直軸周り、前記ドラムの回転軸および鉛直軸に垂直な軸周り、の両方の回転角度を検出するジャイロセンサを有し、
まず、前記外槽の左右振動が大きい振動モードの場合、前記ジャイロセンサが鉛直軸周りの回転角度を検出し、検出した回転角度があらかじめ設定したしきい値よりも大きいときは、前記ドラムの回転を停止もしくは減速し、
その後、前記ドラムの回転速度を上昇させて前記外槽の前後振動が大きい振動モードとなった場合、前記ジャイロセンサが前記ドラムの回転軸および鉛直軸に垂直な軸周りの回転角度を検出し、検出した回転角度があらかじめ設定したしきい値よりも大きいときは、前記回転ドラムの回転を停止もしくは減速することを特徴とする洗濯機。