JP5639979B2 - ドラム式洗濯乾燥機 - Google Patents

Description

本発明は、ドラム式洗濯機および洗濯乾燥機に関するものである。

ドラム式洗濯乾燥機は、ドラム内の衣類分布に偏りが生じていると、ドラム回転時に振動が発生する。この振動は、ドラム、外槽、モータなど質量の大きい部品から成る振動部によるものである。振動部の剛性に対して十分に低いドラム回転速度では、振動部を構成する部品は一体となって振動する。このような振動を低減するためには、振動部の質量、慣性モーメント、重心位置を適切に配置する必要がある。下記特許文献１には、振動部の重心位置を容易に設定するために、カウンターウエイトのための重りをドラムの前後方向中心部よりも前方位置となるように外槽に設けたドラム式洗濯乾燥機が記載されている。

特開２０００−２６２７９６号公報

上述した従来のドラム式洗濯乾燥機では、ドラム前後方向中心よりも前方となるように外槽に対して重りを設けることで、ドラム、外槽、モータなど質量の大きい部品から成る振動部の重心設定を容易にしている。加えて、重りと振動部の重心の距離が長くなり、振動部の重心周りの慣性モーメントを増加させることにも寄与している。

しかしながら、このように外槽の前方に重りを設けることで、外槽の剛性が低下する問題があった。外槽の剛性と最高脱水回転速度は密接な関係があり、脱水性能の向上をはかるためには外槽の剛性を確保する必要がある。外槽の剛性を高める方法として、外槽の板厚を厚くする、外槽にリブのような補強形状を追加するなどの方法は、樹脂材料の増加に伴うコストの増加だけでなく、外槽の大型化、すなわち筺体の大型化を招くことになり、限られたスペースである一般住宅への設置を考えると適当ではない。そこで、これらの方法によらず、外槽の剛性を高め、かつ振動も低減する方法が求められる。

本発明の目的は、重りを備えたドラム式洗濯乾燥機において、低振動と高剛性を同時に実現できるドラム式洗濯乾燥機を提供することにある。

回転軸が水平、または開口部が高くなるように傾斜させたドラムと、槽カバーと水槽とに分割可能な外槽と、水槽下部を防振支持手段によって保持する筺体と、外槽に固定された重りと、前記ドラムを回転駆動するモータとを備えたドラム式洗濯乾燥機において、水槽に、ドラム回転軸よりも下の重りの少なくとも一部を、外槽の分割面と防振支持手段との間であって、前記分割面近傍の前記水槽側に設ける。

本発明によれば、外槽の低振動と高剛性を同時に実現するドラム式洗濯機および洗濯乾燥機を提供できる。

本発明の一実施形態例を示すドラム式洗濯乾燥機の外観斜視図である。 図１に示すドラム式洗濯乾燥機の内部構造を示す左側面の模式図である。 図１に示すドラム式洗濯乾燥機の内部構造を示す右側面の模式図である。 図１に示すドラム式洗濯乾燥機の振動部と防振支持手段を抽出して示す右側面部分断面図である。 洗濯中のドラム内での洗濯物の落下状態を示す模式図である。 図４に示す外槽の分割部近傍を模式的に示す断面図である。 外槽の振動状態と外槽−筺体の隙間の関係を示す模式図である。 プラスチックの射出成型において金型と抜き勾配の関係を示す模式図である。 ドラム回転速度と外槽およびドラムの振動モードの関係を示す模式図である。 重りの取り付け位置と振動部の慣性モーメントの関係を示す模式図である。 重りの取り付け位置と外槽の剛性の関係を示す模式図である。 重りの取り付け位置と外槽の剛性および振動の関係を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態例を示すドラム式洗濯乾燥機の外観斜視図である。図２は、図１に示すドラム式洗濯乾燥機の内部構造を示す左側面の模式図である。図３は、図１に示すドラム式洗濯乾燥機の内部構造を示す右側面の模式図である。なお、以下の説明における前後左右上下の方向は、本発明の洗濯乾燥機１００を水平面に設置した際の前後左右上下の方向に一致させた図１に示す各方向を基準とする。

図１に示すように、本実施の形態例に係る洗濯乾燥機１００は、その外郭を構成する筐体１を備えている。筐体１は、左右の側板１ａ，１ｂ、前面カバー１ｃ、背面カバー１ｄ、上面カバー１ｅ、下部前面カバー１ｆ、およびゴム足１ｈ（図２参照）を備えたベース１ｇで箱形状を形成し、十分な強度を有している。筺体１のサイズを筺体横幅寸法Ｗ１、筺体奥行き寸法Ｄ１、筺体高さ寸法Ｈ１で表す。

前面カバー１ｃの略中央には、洗濯物を出し入れするための投入口１ｉが形成されており、この投入口１ｉには主に透明樹脂で形成されて洗濯乾燥機１００内の視認可能なドア３が設けられている。なお、ドア３は、後述する前補強材２ａ（図２参照）に図示しないヒンジを介して開閉自在に取り付けられており、ドア３の外縁に設けられたドア開放レバー３ａによりロック／アンロック機構（図示省略）のロック状態を解除することで開くようになっている。また、このドア３は、ユーザによって前面カバー１ｃ側に向けて押し付けられることで、前記投入口を閉じた状態で前記したロックアンロック機構（図示省略）によりロック状態となる。

筐体１の上部中央には、操作パネル４が設けられている。この操作パネル４は、電源スイッチ４ａ、操作スイッチ４ｂ及び表示器４ｃを備えている。これらの電源スイッチ４、操作スイッチ４ｂ及び表示器４ｃは、筐体１内の下部に配置された制御装置５（図２参照）に電気的に接続されている。

図２に示すドラム２１は、回転可能に支持された円筒状の洗濯兼脱水兼乾燥槽であり、その円筒状の側壁および底壁に通水および通風のための多数の貫通孔２１ｅ（図４参照）を有し、前側端面に衣類を出し入れするための開口部２１ａ（図４参照）を設けてある。この開口部２１ａの外側にはドラム２１と一体の流体バランサ２１ｃを備えている。ドラム２１の後端面には、後述するモータ２２との結合部であるドラムフランジ２１ｄを備えている。ドラム２１の内壁には、衣類を持ち上げるための凸形状を有するリフタ２１ｂが複数個設けてあり、洗濯、乾燥時にドラム２１が回転すると、衣類はリフタ２１ｂと回転による遠心力で円筒状の側壁に沿って持ち上がり、重力で落下する動きを繰り返す。ドラム２１の回転中心軸Ａｚは、水平または開口部２１ａ側が高くなるように傾斜している。

２３は、背面を有する円筒状の外槽であり、水を保持できる。外槽２３は、ドラム２１を同軸上に内包し、前面には衣類を出し入れするための開口部２１ａを有し、背面の中央に外槽フランジ２３ｄを介してモータ２２を取り付ける。モータ２２のシャフト２２ａは、外槽２３を貫通し、ドラム２１と結合している。外槽２３は、開口部２３ａを含む槽カバー２３ｂと、モータ２２の取り付けられる水槽２３ｃで分割することができる。開口部２３ａと前補強材２ａに設けた開口部は、ゴム等の弾性体であるベローズ２５で接続しており、ドア３を閉じることで外槽２３を水封する。外槽２３の底部には、排水口２３ｅが設けてあり、排水ホース３５と連通するように接続している。

２４は、外槽２３の加速度を検出する振動センサであり、水槽２３ｃ下面の中央前端部に設置される。この振動センサ２４が、外槽２３の振動状態を制御装置５に送信することで、外槽２３の振動状態に合せて運転することが可能となっている。なお、この振動センサ２４は、外槽２３の速度あるいは変位を検出するタイプでもよい。

２８ａおよび２８ｂは、外槽２３の質量バランスを調整するための重りであり、ドラム回転軸Ａｚよりも上側に一つ、下側に二つ備えている。ドラム回転軸Ａｚよりも下側のウエイトは、水槽２３ｃのできるだけ前方に、ドラム回転軸Ａｚに対して左右対称に設けられる。なお、詳細は後述する。

外槽２３は、下側をベース１ｇに固定されたサスペンション２６（コイルばねとダンパで構成）で防振支持されている。また、外槽２３の上側は上補強材（図示せず）に取り付けた前補助ばね２７ａと後補助ばね２７ｂ（図４参照）で支持されており、外槽２３の前後方向への倒れを防ぐ。

３４は、筐体１内の上部左側に設けた洗剤容器で、筐体１の上補強材に固定されている。洗剤容器３４の後ろ側には、電磁弁やポンプ、水位センサなど給水に関連する部品から成る給水ユニット３１を設けてある。上面カバー１ｅには、水道栓からの給水ホース接続口３２ａ、風呂の残り湯の吸水ホース接続口３３ａが設けてある。洗剤容器３４は、外槽２３に接続されており、給水ユニット３１内の給水電磁弁（図示せず）、あるいは風呂水給水ポンプ（図示せず）を運転することで、外槽２３に洗濯水を供給する。

排水ホース３５は、途中に循環ポンプ３５ａ、糸屑フィルタ（図示せず）、排水弁３５ｂを備え、排水弁３５ｂを閉じて給水することで外槽２３に水を溜め、排水弁３５ｂを開いて外槽２３内の水を機外へ排出する。

循環ポンプ３５ａは、循環ホース３５ｃと洗剤溶解用循環ホース３５ｄへの吐き出し口を有しており、循環ポンプ３５ａの回転方向を切り替えることにより、吐き出し口の切り替えが可能である。これにより、洗剤溶かしと洗濯水の洗濯物への散布が可能となっている。洗剤を溶かす時は、循環ポンプ３５ａを逆回転させて洗剤溶解用循環ホース３５ｃを通り、外槽２３（槽カバー２３ｂ）の底部に戻るよう循環する。この時、循環ポンプ３５ａ内で未溶解の洗剤と水が強力に撹拌され、効率よく洗剤を溶かし、高濃度の洗剤液を生成することができる。一方、洗濯中は循環ポンプ３５ａを正回転させる。外槽２３の底部に溜まった洗濯水は、排水口２３ｅから糸屑フィルタを通り循環ポンプ３５ａに入り、循環ホース３５ｃを通り槽カバー２３ｂの上部に設けた散水口（図示せず）からドラム２１内に散水され、外槽２３の下部に戻るように循環する。これにより、洗濯水を洗濯物に万遍なく降りかけることができるため、高い洗浄力やすすぎ性能が得られるとともに、少ない洗濯水を循環ポンプ３５ａで循環させ、繰り返し使用するため節水が可能である。

図３に示す４１ａは、筐体１の背面内側に縦方向に設置した水冷除湿機構で、外槽２３の背面下部と後述する送風ユニット４１ｂを接続し、図３中の矢印のように外槽２３内の空気を循環させ除湿できるようになっている。上補強材に固定された送風ユニット４１ｂは、図示しないが、その流路内部に乾燥フィルタ、送風ファン、ヒータが設けられている。水冷除湿機構４１ａから送風ユニット４１ｂに入った空気は、乾燥フィルタでリントが除去された状態で送風ファンにより昇圧され、さらにヒータから熱を得てドラム２１内に送られる。なお、ここでは除湿に水冷除湿機構４１ａとヒータ４１ｂを用いるが、ヒータ４１ｂの代わりにヒートポンプを用いる方法や、湿った空気をそのまま排気して除湿する方法でもよい。

次に、本実施形態に係る洗濯乾燥機１００の特徴的な構成要素について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る洗濯乾燥機１００の構成のうち、ドラム２１、モータ２２、外槽２３、重り２８など質量が大きく振動に与える影響の大きい振動部２００と、サスペンション２６、前補助ばね２７ａ、後補助ばね２７ｂ、ベローズ２５から成る防振支持手段を抽出して示している。前述したように、外槽２３は槽カバー２３ｂと水槽２３ｃに分割することができ、分割面のうち、外槽２３と槽カバー２３ｂを固定するための座面が設けられている面を分割面Ａ−Ａとする。また、略円柱状であるサスペンション２６の中心軸と外槽２３が交わる点から、鉛直方向に引ける直線を防振支持軸Ｂで表す。防振支持軸Ｂは、外槽２３がサスペンション２６から受ける力の鉛直成分に相当する。

まず、特徴の一つであるドラム２１について説明する。ドラム直径Ｄは、筺体幅寸法Ｗ１に対してできるだけ大きくなるように設けられる。その理由は、ドラム式洗濯乾燥機１００の洗濯が、リフタ２１ｂで持ち上げた衣類を重力で落下させドラム２１の円筒状の側壁に叩き付けることで洗浄する「たたき洗い」方式であり、その性能はドラム直径Ｄが大きいほど良いからである。一方、筺体幅寸法Ｗ１は、一般住宅への設置性と使用者の使い勝手を考慮すると、その大きさに制約を受ける。我々の調査によれば、筺体横幅寸法Ｗ１が６７０mm〜７００mmでは、設置可能な住居の割合は８０％であるが、筺体幅寸法Ｗ１を６１０mm以下にすると、設置可能な割合は約９８％まで増加する。そこで、例えば筺体幅寸法Ｗ１を６１０mm以下とすると、ドラム直径Ｄは最大でも５００〜５３０mm程度となる。

このように、一般住宅への設置性から筺体幅寸法Ｗ１が制約され、ドラム直径Ｄを大きくできない場合、ドラム奥行き寸法Ｌｄの延伸により高い洗浄力を確保することができる。その理由を次に二つ述べる。

図５は、リフタで持ち上げた衣類を落下させて洗濯を行うたたき洗いの模式図であり、衣類の落下高さｈとドラム奥行き寸法Ｌｄの関係を表している。図５（ａ）のようにドラム奥行き寸法Ｌｄが短い場合、ドラム２１の円筒状の側壁に重なる層が厚くなり、落下高さｈが低くなる。これに対して、図５（ｂ）のようにドラム奥行き寸法Ｌｄが長い場合、衣類がドラムの奥行き方向に分散し衣類の重なりによる層が薄くなるため、落下高さｈが高くなる。このため、奥行き寸法Ｌｄを大きくすると、同じドラム直径Ｄでも落下高さが高くなるため、洗浄力が向上する。

また、ドラム奥行き寸法Ｌｄの延伸によりドラム容積を大きくすることで、ドラム２１内の衣類はより動きやすくなり、その結果汚れも落ちやすくなる。我々の調査によれば、洗濯物質量９ｋｇではドラム容積が約７２Ｌ以上であれば十分な洗浄力が得られるため、例えばドラム直径Ｄを５００〜５３０mmとすると、ドラム奥行き寸法Ｌｄは３６０〜４１０mm程度必要となり、ドラム直径Ｄに対するドラム奥行き寸法Ｌｄの割合が０.６を超える奥行きの長いドラムとなる。なお、ここで用いるドラム容積は、ドラム直径Ｄとドラム奥行き寸法Ｌｄから求められる計算容積から、リフタ２１ｂや流体バランサ２１ｃなどの容積を引いた実容積である。

しかし、ドラム奥行き寸法Ｌｄとドラム直径Ｄの比Ｌｄ／Ｄが０.６を超えるような、ドラム奥行き寸法Ｌｄの長いドラムを有する洗濯乾燥機１００は、洗浄力の向上を図ることができるものの、振動に対して次のような影響を与える。ドラム奥行き寸法Ｌｄを延伸することで衣類に偏りが生じたときの加振力の作用点は、重心から遠い位置に作用しやすくなり、振動部２００の前端が振れ回るような振動が大きくなる。加えて、振動部２００の前端の左右変位は、奥行き寸法Ｌｄが長くなるにつれ大きくなる。したがって、奥行き寸法Ｌｄの長いドラム２１を有する本実施形態例の洗濯乾燥機１００は、振動部２００の並進方向の振動よりも振れ回り振動、すなわち回転方向の振動が生じやすく、その変位量も大きいといえる。このような回転方向の振動を低減するためには、振動部２００の慣性モーメントを大きくする必要がある。

次に、二つ目の特徴である外槽２３について説明する。外槽２３の後側端面には、十分な強度を有する外槽フランジ２３ｄを介してモータ２２が取り付けられる。モータ２２は、外槽フランジ２３ｄに固定されたステータ２２ｃと、永久磁石を備えたロータ２２ｂと一体となったシャフト２２ａから成る。シャフト２２ａは、外槽フランジ２３ｄに設けられた軸受け２２ｄで回転自在に支持され、外槽２３の背面中央を貫通して、ドラム２１の背面に位置する強度部材のドラムフランジ２１ｄに結合している。

外槽２３は、前述のようにドラム２１を内包するため、開口部２３ａのある槽カバー２３ｂとモータ２２を備える水槽２３ｃに分割できるようになっている。水槽２３ｃは、背面に外槽フランジ２３ｄを備えており、開口部２３ａのある槽カバー２３ｂに比べて強度がある。そのため、大きな力が作用するサスペンション２６を水槽２３ｃ下部に設けることができる。すなわち、防振支持軸Ｂの少なくとも一部が、外槽フランジ２３ｄのある水槽２３ｃを通過するように設けることで、サスペンション２６の反力で外槽２３が変形するのを防ぐことができる。なお、サスペンション２６のように必ずしもばねとダンパが一体である必要はなく、外槽２３に減衰力を付与できる防振支持手段であればよい。例えば、ダンパのようなばねを含まない防振支持手段で水槽２３ｃの下部を支持する構成でもよい。

図６は、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの分割面Ａ−Ａの一部を含むように拡大した側断面図である。分割面Ａ−Ａを基準に、槽カバー２３ｂの開口部２３ａのある前側端面の内壁までの距離をＬｄ２３ｂ、水槽２３ｃの後側端面の内壁までの距離をＬｄ２３ｃとし、外槽２３の前端面の内側から後端面の内側までの距離をＬｄ２３とする。つまり、Ｌｄ２３ｂとＬｄ２３ｃの和がＬｄ２３となる。

ここで、Ｌｄ２３ｂとＬｄ２３ｃの関係について説明する。図７は、衣類の位置により外槽２３と筺体１の衝突しやすい位置が異なることを説明するために、ドラム２１、外槽２３、筺体１に注目し、説明に不要な部分を省略した上面図である。図７（ａ）はドラム２１の前側に衣類の偏りが生じた場合の様子であり、（ｂ）はドラム２１の後側に衣類の偏りが生じた場合の様子である。振動の詳細は後述するが、ドラム２１の回転速度と衣類の偏り状態により図７（ａ）のような外槽２３の前側の振れる振動が大きくなったり、図７（ｂ）のような外槽２３の後側の振れる振動が大きくなったりする。このとき振動が大きいと、外槽２３と筺体１が衝突し騒音を発生することがあるため、外槽２３の前側端面と後側端面の外径をできるだけ小さく設定する必要がある。逆に、外槽２３の前側あるいは後側の振れに対して最も筺体１と距離を保つことができるのは、外槽２３の前後方向中央部分であり、外槽２３の前側端面あるいは後側端面に比べて筺体１との隙間に余裕がある。そこで、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃをねじ締結するための分割面Ａ−Ａ（図６参照）を、外槽２３の前後方向中央付近に設定することで、外槽２３と筺体１との衝突を起こりにくくすることができる。この回転振動による筺体１との衝突は、筺体幅寸法Ｗ１とドラム直径Ｄが一定の条件下ではドラム奥行き寸法Ｌｄの長い方が生じやすい。そこで、ドラム奥行き寸法Ｌｄとドラム直径Ｄの比Ｌｄ／Ｄが０.６を超えるような奥行きの長い洗濯乾燥機１００は、Ｌｄ２３ｂをＬｄ２３ｃに対して０.８倍から１.２倍の長さとすることで、外槽２３と筺体１の衝突の発生をできるだけ抑えている。例えば、本実施の形態例に示す洗濯乾燥機１００では、Ｌｄ２３ｂを約１９０mm、Ｌｄ２３ｃを約２１５mmに設定している。

以上のことに加えて、Ｌｄ２３ｃに対してＬｄ２３ｂを０.８から１.２倍の長さとすることは、次のような効果もある。図６のように、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃは、円筒面の内壁がドラム回転軸Ａｚに対して勾配θ２３ｂとθ２３ｃを持っており、これらは製造工程で設けられる。槽カバー２３ｂと水槽２３ｃは、図８のように、内壁を形成する雄型９０ａと外観を形成する雌型９０ｂの間に、ガラス繊維入りポリプロピレンのような強化プラスチックを射出し、冷却して固めたのちに、図６中の矢印方向に雄型を引き抜き、成型品を取り出して作られる。このとき、雄型９０ａおよび雌型９０ｂに予め抜き勾配θを設けることで、雄型９０ａを引き抜くときに過度な力が成型品にかかるのを防ぐことができる。しかし、抜き勾配θにより雄型９０ａの凸部９０ｃでは内径が小さくなり、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの端面では、分割面Ａ−Ａと比べてドラム２１との隙間が狭くなる。ドラム２１と外槽２３との隙間が小さすぎると、ドラム２１あるいは外槽２３の変形や組み付け誤差を許容することができない。一方で、省スペース化の面では、ドラム２１と外槽２３との隙間はできるだけ小さい方が良い。このように、ドラム２１と外槽２３との隙間を設けつつ、かつその隙間をできるだけ小さくするには、抜き勾配による内径の減少をできるだけ抑える必要がある。抜き勾配による内径の減少は奥行き寸法に比例することから、Ｌｄ２３ｃに対してＬｄ２３ｂを０.８倍から１.２倍の長さとすることで、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃのどちらも内径の減少を小さくすることができる。例えば、本実施の形態例に示す洗濯乾燥機１００では、水槽２３ｃの奥行き寸法Ｌｄ２３ｃは約２１５mmであり、Ｌｄ２３ｃに対してＬｄ２３ｂを０.８倍から１.２倍の長さとすると、槽カバー２３ｂの奥行き寸法Ｌｄ２３ｂは１７２mmから２５８mmとなる。このとき、槽カバー２３ｂの抜き勾配θ２３ｂを１度とすると、槽カバー２３ｂの内径の減少ΔＤ２３ｂは、最大で４.５mm程度となる。よって、ドラム２１と外槽２３の径方向の隙間は、少なくとも４.５mm以上確保する必要があり、加えて寸法精度の誤差を許容できるようにドラム直径Ｄと外槽内径を設定すればよい。また、ドラム２１の前端は、軸受２２ｄ（図４参照）から遠い分、外槽２３に対して振れ回りが生じやすく、ドラム回転速度によってはドラム２１の前端部と外槽２３（槽カバー２３ｂ）内壁が衝突することがある。よって、ドラム２１の前端部と槽カバー２３ｂの隙間を確保するために、Ｌｄ２３ｃとＬｄ２３ｂをほぼ同じ長さか、Ｌｄ２３ｂを若干短くする方が望ましい。

ここで、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの分割面Ａ−Ａについて説明する。槽カバー２３ｂと水槽２３ｃは、分割面Ａ−Ａで互いにかみ合うように溝と突起部が設けられており、その間にゴム製のＯリング（図示せず）を挟み込むことで、外槽内を水封する。さらに、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの分割面Ａ−Ａ上には、互いにねじ締結するための座面が離散的に設けられており、槽カバー２３ｃ側からねじ２３ｇを締めることで、両者を固定する。例えば、プラスチックの強度を考慮してねじ２３ｇの種類はＭ６以上が望ましい。このように、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃは等方性の一様な材料で成型すると、接合部で不連続となるため、その接合部を境に機械的特性は変化する。言い換えると、外槽２３の剛性は、外力に対して槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの分割面で変曲点を持つことになる。

次に、三つ目の特徴である重り２８ｂについて説明する。図４に示すように、本実施形態に係る洗濯乾燥機１００において、ドラム回転軸Ａｚよりも下側に位置する重り２８ｂの、少なくとも一部が、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの分割面と、水槽２３ｃ側にあるサスペンション２６の間に設けられることを特徴とする。言い換えれば、図中の破線で囲まれる部分に、重り２３ｃの少なくとも一部が含まれていればよい。重り２８ｂは、円弧形状にして一つにまとめてもよく、また２個以上設けても良い。また、重り２８ｂを外槽２３の最外径よりも左右方向に関して内側に設置することで、重り２８ｂが外槽２３より先に筺体１に衝突するのを防ぐことができる。この位置に重り２３ｃを配置する効果を説明するために、まず洗濯乾燥機１００の振動について述べる。

洗濯乾燥機１００は、脱水運転時に衣類の偏りが生じると、ドラム２１の回転速度に応じて振動の挙動が変化する。図９は説明を簡単にするために、外槽２３とドラム２１の振動挙動を二つの回転速度域に分け、さらにスケールを調整した模式図である。

ドラム２１の回転速度が停止状態から上昇していくと、例えば毎分１００〜３００回転あたりで、振動部２００が一体となって左右上下前後の並進方向あるいは回転方向に振動する１次、２次共振モードが現れる。１次、２次共振モードでは、振動部２００を構成する部品は剛体として考えても問題ないことから、振動部２００の質量と慣性モーメントが支配的な共振モードといえる。例えば、加振力に対して振動部２００の慣性モーメントが小さい場合、１次、２次共振モードにより振動が大きくなり、外槽２３が筺体１内壁に衝突し騒音を発生することがある。特に、振動部２００の重心付近を中心として、振動部２００の前側が左右方向に回転するような振動、言い換えると首振りのような振動で、外槽２３と筺体１の内壁との衝突が起こりやすい。このような、回転方向の振動を低減するには振動部２００の慣性モーメントを増加する必要がある。そこで、振動部２００の慣性モーメントを大きくする手段を次に説明する。

図１０は、振動部２００が回転方向に振動する様子を右側から見た図であり、回転中心Ｏから重り２８ｂまでの前後方向の距離Ｌｗが長い場合を（ａ）、短い場合を（ｂ）で表す。回転中心Ｏは、言い換えると振れ回り振動の節となる点であり、振動モードによって異なる点となる。振動部２００の１、２次共振モードのうち、外槽２３と筺体１の内壁の衝突が起こり易いのは、振動部２００の重心付近あるいは防振支持軸Ｂ上の点を回転中心として、振動部２００の前側が首を振るように振動するときである。振動部２００の重心位置は、外槽フランジ２３ｄ、ドラムフランジ２１ｄ、モータ２２などの重量物を後側に備えているため、外槽２３の前後方向中心よりも後側になる。また、振動部２００を保持するサスペンション２６の取り付け位置も、振動部２００の重心の下側になるように位置している。よって、図１０の回転中心Ｏは、外槽２３の前後方向中心よりも後側になる。ただし、サスペンション２６のような防振支持手段を三つ以上備える場合、防振支持軸Ｂが必ずしも重心付近になるとは限らないが、重量物が後側に集中する振動部２００の振動を低減するために、防振支持手段の少なくとも一つは外槽２３の前後方向中心よりも後側に必要となる。

図１０（ａ）のように、回転中心Ｏと重り２８ｂの距離Ｌｗが長いと、重り２８ｂによる慣性モーメントが大きくなり、回転方向の振動が小さくなる。逆に、Ｌｗが短い（ｂ）では慣性モーメントが小さくなり、回転方向の振動が大きくなる。すなわち、１次、２次共振モードの振動部２００の振動は、回転中心Ｏと重り２８ｂの前後方向の距離Ｌｗが長くなるにつれ、小さくなるといえる。

さらに回転速度が上昇すると、ドラム２１と外槽２３が別々に振動する３次共振モードが現れる。この共振モードでは、前述した慣性モーメントだけでなく、振動部２００の剛性も支配的となる。ドラム回転速度に対して振動部２００の剛性が低い場合、３次共振モードにより、図７のようにドラム２１に対して外槽２３が振れ回るような別々の振動が現れ、ドラム２１外壁と外槽２３内壁の衝突に起因する騒音を生じることがある。このような３次共振モードを防ぐためには、振動部２００の剛性を高めればよい。特に、振動部２００のうち外槽２３の剛性を高めることが効果的である。なぜなら、ドラム２１、シャフト２１ａ、外槽フランジ２３ｄのように金属材料で作られている部分の引張強度は２００ＭＰａ以上であるのに対し、ガラス繊維入りポリプロピレンで作られている外槽２３の引張強度は２５ＭＰａ程度と一桁程度強度が低下するからである。次に、外槽２３の剛性を高める方法を述べる。

外槽２３の剛性を高める方法には、外槽２３の材質をより強いものにする、外槽２３の肉厚を厚くする、あるいはリブのような補強形状を追加する、などが挙げられる。しかし、材質で剛性を高めることはコストの上昇をもたらし、また、外槽形状で剛性を高めることは外槽２３の大型化をもたらすことになる。一般住宅への設置性から、限られた筺体寸法にできるだけ大きなドラムを収める必要がある条件下では、外槽２３の大型化は必ずしも適当とはいえない。よって、これらによらず外槽２３を向上する手段が求められる。そこで、外槽２３の寸法を変えることなく、剛性を高める方法を次に説明する。

図１１は、槽カバー２３ｂの質量に作用する力Ｆ２３ｂと、槽カバー２３ｂが重り２８ｂから受ける力Ｆｗと、分割面Ａ−Ａのねじ締結部に作用する力Ｆを示す。なお、振動部２００のうち、説明に不要な部分は省略する。３次共振モードでは、シャフト２１ａ、ドラムフランジ２１ｄ、外槽フランジ２３ｄなどのドラム２１の支持部を支点とした振れ回り振動が生じる。図１１（ａ）のように、このドラム２１の支持部と重り２８ｂの前後方向の間に分割面Ａ−Ａを含む場合、槽カバー２３ｂの質量に作用する力Ｆ２３ｂと重り２８ｂから受ける力Ｆｗの二つに起因する力が、分割面Ａ−Ａのねじ締結部近傍に作用することになる。一方、図１１（ｂ）のように、このドラム２１の支持部と重り２８ｂの前後方向の間に分割面Ａ−Ａを含まない場合、分割面Ａ−Ａのねじ締結部近傍に関係する力は、槽カバー２３ｂの質量に作用する力Ｆ２３ｂのみである。分割面Ａ−Ａのねじ締結部近傍にかかる力が大きいとき、すなわち応力集中が起こるとき、その部分から壊れやすくなり、結果的に外槽２３の剛性は低下する。したがって、外槽２３の剛性を高めるには、重り２８ｂを分割面Ａ−Ａよりも水槽２３ｃ側に設定する必要がある。言い換えると、重り２８ｂの前後方向の位置が分割面Ａ−Ａよりも槽カバー２３ｂ側の場合、外槽２３の剛性は低くなり、逆に水槽２３ｃ側では高くなる。このように、外槽２３の剛性は、重り２８ｂの前後方向の取り付け位置に対して、分割面Ａ−Ａで変曲点を有する傾向を示す。

図１２は、前後方向の重り２８ｂ取り付け位置と外槽２３の剛性および振動部２００の振動の関係を模式的に表す図である。外槽２３の分割面Ａ−Ａを含むねじ締結部に作用する力を、重り２８ｂの取り付け位置ごとに（ａ）〜（ｄ）で模式的に表し、それらの傾向を表にまとめて（ｅ）に示す。１次、２次共振モードで生じる回転振動の回転中心を、モータ２２の取り付け位置とし、重り２８ｂまでの距離をＬｗで表す。また、図１２の矢印Ｆは、分割面Ａ−Ａにある槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの接合部にかかる力のうち最大となるものを表しており、その大きさを矢印の長さで模式的に表している。

まずは外槽２３の剛性について説明する。分割面Ａ−Ａより槽カバー２３ｂ側では、ドラム２１の支持部と重り２８ｂの前後方向の間に分割面Ａ−Ａを含み、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの接合部にかかる力が大きくなるため、重り２８ｂの取り付け位置による外槽２３の剛性向上効果は小さい。逆に、分割面Ａ−Ａより水槽２３ｃ側では、重り２８ｂが槽カバー２３ｂに固定されていない分、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの接合部にかかる力が小さいため、重り２８ｂの取り付け位置による外槽２３の剛性向上効果は大きい。

次に、振動部２００の振動について説明する。説明を簡単にするために、振動部２００の回転振動の中心を図１２ではモータ２２の取り付け部とする。重り２８ｂの取り付け位置が回転中心から遠くなるにつれ、振動部２００の慣性モーメントが増加するため、振動部２００の前側が左右方向に首を振るような振動は小さくなる。すなわち、回転中心と重り２８ｂの距離Ｌｗが大きくなるにつれ、振動低減効果も大きくなるといえる。この傾向は、分割面Ａ−Ａに関係なく、回転中心と重り２８ｂの距離Ｌｗに関係する。

以上より、重り２８ｂの取り付け位置による外槽２３の剛性向上効果と振動部２００の振動低減効果は、図１２（ｅ）のようにまとめることができる。図１２（ｅ）の表のうち、外槽２３の剛性を高め、かつ振動低減効果が最も高くなるのは、重り２８ｂを分割面Ａ−Ａ近傍の水槽２３ｃ側に備えた図１２（ｃ）の構成であるといえる。言い換えると、重り２８ｂを水槽２３ｃのできるだけ前方に備えることで、低振動と高剛性を同時に実現することができる。また、水槽２３ｃには防振支持手段であるサスペンション２６を備えており、振動モードによっては防振支持軸Ｂ（図４参照）上に回転中心があるような回転方向の振動となる。慣性モーメントは質量と回転中心との距離で決まることから、防振支持軸Ｂ上に重り２８ｂを取り付けても、防振支持軸Ｂが回転中心となるような振動モード時には慣性モーメント増加の効果は望めない。よって、少なくとも防振支持軸Ｂよりも前方に重り２８ｂを取り付ける必要がある。

したがって、本実施形態に係る洗濯乾燥機１００では、ドラム回転軸Ａｚよりも下側に位置する重り２８ｂの、少なくとも一部を、槽カバー２３ｂと水槽２３ｃの分割面Ａ−Ａと、水槽２３ｃ側にあるサスペンション２６の間に設けることで、低振動と高剛性の両方を実現できる。なお、重り２８ｂが水槽２３ｃに取り付けられ、しかもより前方に取り付けるため、分割面Ａ−Ａをまたぐように取り付けてもかまわない。このように水槽２３ｃに重り２８ｂを取り付けることで、槽カバー２３ｂに重量物である重り２８ｂを取り付ける必要がないため、メンテナンス時に分解を容易に行える効果もある。

２１ ドラム
２２ モータ
２３ 外槽
２３ｂ 槽カバー
２３ｃ 水槽
２５ ベローズ
２６ サスペンション
２７ａ 前補助ばね
２７ｂ 後補助ばね
２８ｂ 重り

Claims (3)

1. 回転軸が水平または開口部が高くなるように傾斜させたドラムと、槽カバーと水槽とに分割可能な外槽と、前記水槽下部を防振支持手段によって保持する筺体と、前記外槽に固定された重りと、前記ドラムを回転駆動するモータとを備え、
   前記水槽に、前記ドラムの回転軸よりも下の前記重りの少なくとも一部を、前記外槽の分割面と前記防振支持手段との間であって、前記分割面近傍の前記水槽側に設け、
   前記重りの全体が、前記水槽の下端と前記ドラムの回転軸との間の高さ範囲に収まるように設置し、かつ、前記水槽の最外径よりも左右方向に関して内側に設置したことを特徴とするドラム式洗濯機および洗濯乾燥機。
2. 前記ドラムの奥行き寸法Ｌｄと前記ドラムの直径Ｄの比Ｌｄ／Ｄが０.６以上であることを特徴とする請求項１に記載のドラム式洗濯機および洗濯乾燥機。
3. 前記槽カバーと前記水槽における前記ドラム回転軸方向長さの比が０.８から１.２倍としたことを特徴とする請求項１ないし２に記載のドラム式洗濯機および洗濯乾燥機。