JP6553374B2 - 洗濯機用モータユニット - Google Patents

Description

本発明は洗濯機用モータユニットに関し、さらに詳しくは、モータから回転槽への駆動力の伝達を継断するクラッチ機構を備える洗濯機用モータユニットの小型化技術に関する。

下記特許文献１および２には、モータから回転槽への駆動力の伝達を継断するクラッチ機構を備えた洗濯機用モータユニットが開示されている。

特許文献１のクラッチアセンブリ３００は、クラッチカプラ３１０をクラッチレバー３２０により昇降させ、クラッチカプラ３１０をロータアセンブリ２５０のセレーション２５４と係合・離間させることにより、駆動モータ２００から内槽３０への駆動力の伝達を継断する。クラッチカプラ３１０はクラッチレバー３２０の水平部３２１に回転可能に支持されており、本体の外部に配設されたクラッチモータ３４０がクラッチレバー３２０を揺動させることにより、クラッチカプラ３１０が上下方向に移動する。

特許文献２のクラッチ機構４は、脱水軸アセンブリ３のクラッチスライダ４１の径方向位置をクラッチカムプレート４３により変位させ、脱水軸アセンブリ３を洗濯軸アセンブリ２に係合・離間させることにより、モータ５から洗濯兼脱水槽への駆動力の伝達を継断する。クラッチカムプレート４３は、引っ張りばね４５の付勢力により、常時、クラッチスライダ４１を係合位置に移動させるよう作用し、クラッチレバー４４によりその回転が係止されることにより、クラッチスライダ４１を離間位置に移動させる。クラッチレバー４４は位相合わせ部材１０２に連結されており、位相合わせ部材１０２は本体の外部に配設された切替モータ１０３により制御される。

特許文献３のクラッチ機構７は、第２回転体２０が回転可能に支持された支持部材３４を支持部材移動機構３５により昇降させ、第２回転体２０を第１回転体１３と係合・離間させることにより、モータ５から洗濯漕３への駆動力の伝達を継断する。支持部材３４は、支持部材移動機構３５の同期モータ３７とその減速輪列６３により周方向に回動され、さらにカム機構３９が作用することにより、第２回転体２０とともに上下方向に移動する。

特開２００９−０３４５５２号公報 特開２０１４−１０８２７４号公報 特開２０１４−０６８８５３号公報

特許文献１のクラッチアセンブリ３００は、本体の外部に配設されたクラッチモータ３４０によりクラッチレバー３２０を揺動させることから、動力伝達装置１００全体としての取り付けスペースが広く必要となり、また、取り付け作業も煩雑となる。

特許文献２のクラッチ機構４も同様に、本体の外部に配設された切替モータ１０３により位相合わせ部材１０２を制御することから、固定部アセンブリ１全体としての取り付けスペースが広く必要となり、また、取り付け作業も煩雑となる。さらに、クラッチ機構４の構造が複雑であり部品点数も多いことから、その信頼性が懸念される。

特許文献３のクラッチ機構７は、特許文献１のクラッチ作動機構よりも小さなスペースで取り付けが可能である。しかし、特許文献３のクラッチ機構７は、一方向にのみ回転する同期モータ３７を使用していることから、クラッチの継状態と断状態とをシーケンスに繰り返すほかなく、クラッチの継断状態が不明であるときに、所望の状態に直接的に切り替えることができない。そのため、特許文献３のクラッチ機構７は、タクトスイッチ７１を用いた検出機構４０や、ホールＩＣ８５を用いた洗濯槽回転検出装置８を別途備え、クラッチのその時々の状態を判別しながら継断を制御している。

特許文献３のモータ５は、クラッチ機構７の外部に別体として配置されているが、例えばモータ５をダイレクトドライブモーターとし、内部にクラッチ機構７を収容する構成とする場合、モータ内部の空間はステータなどの部品に割かれることから、クラッチ機構７の配置スペースに対する制約はよりシビアなものとなる。このような狭小な配置スペースにクラッチ機構７を収容する場合には、クラッチ機構７を構成する同期モータ３７、減速輪列６３、検出機構４０、洗濯槽回転検出装置８などのサイズが問題となる。

上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構造により狭小な配置スペースにも配置可能なクラッチ機構を内部に収容した洗濯機用モータユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の洗濯機用モータユニットは、円筒状のロータおよびステータを有する第一のモータと、前記第一のモータから洗濯機の回転槽への駆動力の伝達を継断するクラッチ機構と、を備え、前記クラッチ機構は、前記ロータおよびステータの内側に配置され、前記第一のモータは、該第一のモータにより回転駆動される第一の回転体を備え、前記クラッチ機構は、前記第一の回転体と同軸上に配置され、該第一の回転体と係合可能な第二の回転体と、前記第二の回転体を軸方向に変位させ、該第二の回転体と前記第一の回転体との係合・離間を切り替えるリフト機構と、を備え、前記リフト機構は、前記第二の回転体を回転可能に支持するフレーム部材と、前記フレーム部材を回動させるフレーム回動機構と、前記フレーム部材の回動方向に応じて、該フレーム部材を軸方向に変位させるカム機構と、を備えることを要旨とする。

第一のモータの内部にクラッチ装置を収容することにより、クラッチ装置の配置スペースを第一のモータに包含させることができ、濯機用モータユニット全体としてのサイズを縮小することができる。また、洗濯機用モータユニットの洗濯機への取り付け作業も単純化されることが期待される。

尚、特許文献１の駆動モータ２００もアウターロータ型モータであり、クラッチカプラ３１０がロータアセンブリ２５０の内側に配置されているが、クラッチモータ３４０およびクラッチレバー３２０を含むクラッチアセンブリ３００（クラッチ機構）は駆動モータ２００の外部にまで延出している。本発明のクラッチ機構とは、クラッチ機構を駆動するモータも含むクラッチ機構の構成全体が第一のモータのロータおよびステータの内側に配置されることを意味している。

また、本発明の洗濯機用モータユニットは、前記フレーム回動機構が、両方向に回転可能な第二のモータと、前記第二のモータの駆動力を前記フレーム部材に伝達する平歯車からなる減速輪列と、を備える構成としても良い。

また、本発明の洗濯機用モータユニットは、前記第二のモータがステッピングモータであることが望ましい。

ステッピングモータを使用することにより、ステップ数による回転角度の制御が可能となるため、フレーム部材の昇降状態を判別するための機構や、モータ回転数のフィードバック機構を備える必要がなくなり、クラッチ機構の単純化および小型化を図ることができる。さらに、ステッピングモータは摺接部品が少ないことから信頼性が高く、またブラシレスＤＣモータよりも安価に調達することができる。

また、本発明の洗濯機用モータユニットは、前記減速輪列を構成する各歯車が、前記フレーム部材の外周に沿って周方向に並べられることが望ましい。

減速輪列をフレーム部材の外周に沿って配置することにより、クラッチ機構の径方向の大きさを抑えることができる。クラッチ機構は第一のモータのロータおよびステータの内側に配置されることから、その配置スペースはロータまたはステータの内周面により区画される略筒状の空間となることが予測される。よって、減速輪列を径方向に長く延出させた場合、かかる減速輪列部分がロータまたはステータに干渉し、第一のモータの設計を工夫しなければクラッチ機構が収容できないおそれがある。本発明によれば、クラッチ機構の径方向の大きさが抑えられることから、クラッチ機構の配置スペースに関する第一のモータの設計要件を緩和することができる。

また、本発明の洗濯機用モータユニットは、前記第一の回転体の回転中心には、該第一の回転体と一体に回転する回転軸が立設され、前記回転軸は、外周面にスプライン部が形成された筒状軸に挿通され、前記回転軸の先端部は前記筒状軸から露出し、前記第二の回転体は、前記スプライン部に嵌合されることにより、該スプライン部の軸方向に移動可能であり、かつ、該筒状軸と周方向に一体に回転し、前記第一の回転体と前記第二の回転体の係合時には、前記第一のモータの駆動力により前記回転軸および前記筒状軸が回転し、前記第一の回転体と前記第二の回転体の離間時には、前記第一のモータの駆動力により前記回転軸のみが回転する構成としても良い。

本発明にかかる洗濯機用モータユニットによれば、簡易な構造により狭小な配置スペースにも配置可能なクラッチ機構を内部に収容した洗濯機用モータユニットを提供することができる。

本発明の洗濯機用モータユニットを備える全自動電気洗濯機の概略構成を示す断面図である。 モータユニットの外観斜視図である。 モータユニットおよびクラッチ機構の分解斜視図である。 フレーム回動機構の構成および動作を説明する平面図である。 リフト機構によるフレーム部材の昇降操作を説明する断面図である。

以下、本発明にかかるクラッチ機構、および該クラッチ機構を備える洗濯機用モータユニットの実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態にかかる洗濯機用モータユニットは渦巻式の全自動電気洗濯機に搭載される駆動源である。クラッチ機構は衣類の洗濯工程に応じて、パルセータのみを回転させる洗濯動作と、パルセータと回転槽の両方を回転させる脱水動作と、を切り替える。尚、本実施形態における「上」および「下」とは図１に示される上下をいう。

（全体構成）
図１は本実施形態にかかる全自動電気洗濯機９０（以下、単に「洗濯機９０」という。）の概略構成を示す断面図である。洗濯機９０は上面の開口部に開閉可能なカバー９２を備える角筒状の筐体９１を有し、筐体９１の内部には、洗濯兼脱水槽９５を構成する有底筒状の内槽９５ａおよび外槽９５ｂと、洗濯機用モータユニット１０（以下、単に「モータユニット１０」という。）が収容されている。外槽９５ｂは、緩衝機構を備える吊り棒９３により筐体９１に吊り下げられ、その底部には洗濯水を外部に排出する排水パイプ９４が連結されている。回転槽である内槽９５ａは外槽９５ｂ内において回転可能に支持され、その底面中央にはパルセータ９６が設置されている。

パルセータ９６および内槽９５ａは、洗濯兼脱水槽９５の下方に配置されたモータユニット１０に連結されている。モータユニット１０の回転軸２０は、その先端部が内槽９５ａの底面を貫通してパルセータ９６に接続されており、パルセータ９６は回転軸２０と一体に回転する。モータユニット１０の筒状軸２１は、連結部材２２を介して内槽９５ａの下面に連結されており、内槽９５ａは筒状軸２１と一体に回転する。

外槽９５ｂの下面にはモータユニット１０の固定部材２３が取り付けられている。モータユニット１０は第一のモータ３０を備え、第一のモータ３０のロータ３１の内側に、第一の回転体３２、回転軸２０、筒状軸２１、および後述するクラッチ機構４０が配置されている。クラッチ機構４０は第一のモータ３０から筒状軸２１への駆動力の伝達を継断することにより内槽９５ａの回転を制御する。

洗濯機９０の開口部から衣類が投入され、洗濯機９０が洗濯動作を開始すると、図示しない給水管を介して洗濯兼脱水槽９５に洗濯水が供給される。その後、第一のモータ３０により回転軸２０およびパルセータ９６が回転駆動され、衣類の洗濯が行われる。この間、筒状軸２１および内槽９５ａへの駆動力の伝達はクラッチ機構４０により切断されている。

洗濯動作が終了し、洗濯水が外槽９５ｂの排水パイプ９４から排出されると、洗濯機９０は衣類を脱水する脱水動作に移行する。脱水動作では、第一のモータ３０の駆動力はクラッチ機構４０により筒状軸２１へも伝達され、パルセータ９６および内槽９５ａが一体的に回転する。

（モータユニットの構成）
図２はモータユニット１０の外観斜視図である。モータユニット１０の備える第一のモータ３０は円盤形状のアウターロータ型モータである。第一のモータ３０が有する円筒状のロータ３１およびステータ３３の内側に設けられた空間には上述のクラッチ機構４０が内蔵されており、第一のモータ３０の外部にクラッチ機構４０を備える構成に比べ、省スペース化が図られている。尚、本発明における「円筒状」とは、有底筒形状やコップ形状を含む、中空の円筒部を少なくとも一部に有する形状を意味している。また、本実施形態における第一のモータ３０にはアウターロータ型モータが採用されているが、第一のモータ３０をインナーロータ型モータとした場合でも同様の効果を得ることはできる。

固定部材２３（透過表示）の軸部内周面と筒状軸２１の外周面との間にはベアリング２４が配置され、筒状軸２１の円滑な回転が確保されている。回転軸２０の先端部は筒状軸２１の開口から露出しており、かかる露出部がパルセータ９６に接続されることにより、回転軸２０の回転がパルセータ９６に伝達される。また、筒状軸２１の外周面には図１に示す連結部材２２が装着され、筒状軸２１の回転は連結部材２２を介して内槽９５ａに伝達される。尚、連結部材２２の形状はモータユニット１０を適用する洗濯兼脱水槽９５の形状に応じて適宜変更可能である。

（クラッチ機構の構成）
図３はモータユニット１０およびクラッチ機構４０の分解斜視図である。第一のモータ３０のロータ３１の回転中心には円盤形状の第一の回転体３２が固定されており、ロータ３１が回転駆動されることにより、第一の回転体３２はロータ３１と一体に回転する。

クラッチ機構４０は、上ケース４１ａおよび下ケース４１ｂからなるケース４１を備え、ケース４１には、フランジ部を有する略円筒状の部材である第二の回転体４２、第二の回転体４２をその軸方向に変位させるリフト機構４３、および第二の回転体４２を常時下方へ付勢するコイルバネ４４が配置されている。

第一の回転体３２、第二の回転体４２は軸線Ｌ上で同軸に配置されている。第二の回転体４２と第一の回転体３２との対向面には、径方向に延びる複数の突条が周方向等間隔に配置されたクラッチ歯部４２ａ、３２ａが形成されている。

リフト機構４３は、第二の回転体４２を回転可能に支持するフレーム部材４３１と、フレーム部材４３１を回動させるフレーム回動機構４３２と、フレーム部材４３１の回動方向に応じて、フレーム部材４３１を軸方向に変位させるカム機構４３３と、からなる。

筒状軸２１の下端部には、その外周面にスプライン部２１ａが設けられている。第二の回転体４２の内周面４２ｂには、スプライン部２１ａの突条に対応する縦溝が刻まれている。筒状軸２１が第二の回転体４２に挿通され、第二の回転体４２の内周面４２ｂとスプライン部２１ａとが噛合することにより、第二の回転体４２はスプライン部２１ａの範囲において筒状軸２１を軸方向に摺動でき、また、第二の回転体４２と筒状軸２１とが周方向に一体に回転するようになる。

回転軸２０の下端近傍部には、その外周面にセレーション部２０ａが設けられている。第一の回転体３２の軸受３２ｂには、セレーション部２０ａの突条に対応する縦溝が刻まれている。セレーション部２０ａが軸受３２ｂに挿通され、セレーション部２０ａと軸受３２ｂとが噛合することにより、第一の回転体３２と回転軸２０とは周方向に一体に回転する。

（フレーム回動機構の構成および動作）
図４はフレーム回動機構４３２の構成を示す平面図である。フレーム回動機構４３２は、第二のモータである小型で安価なステッピングモータ５０と、ステッピングモータ５０のピニオンと噛合し、ステッピングモータ５０の駆動力をフレーム部材４３１へ伝える減速輪列である歯車５１乃至５４とにより構成される。

歯車５１乃至５４は二つの平歯車が軸方向に結合された複合歯車である。各歯車は小径歯車から大径歯車へと交互に噛合することによりステッピングモータ５０の駆動力を減速する。最終歯車である歯車５４は、上部に設けられた歯丈および歯厚の大きい平歯車がフレーム部材４３１の外周面に設けられた歯部４３１ａと噛合している。

これら歯車はフレーム部材４３１の外周に沿って周方向に並べられている。減速輪列をフレーム部材４３１の外周に沿って配置することにより、クラッチ機構４０の径方向の大きさが抑えられている。クラッチ機構４０が配置されるスペースは第一のモータ３０のステータ３３の内周面により区画された略筒状の空間である。クラッチ機構４０は径方向への突出が抑えられていることから、第一のモータ３０内部への収納に好適な形状とされている。

本実施形態におけるフレーム回動機構４３２は、図４に示されるように、ステッピングモータ５０のピニオンが平面視時計回りに回転することによりフレーム部材４３１をＤ方向へ回動させ、同ピニオンが平面視反時計回りに回転することによりフレーム部材４３１をＵ方向へと回動させる。フレーム回動機構４３２の動力源として両方向に回転可能なステッピングモータ５０を用いることにより、その回転方向を指定してクラッチ機構４０を所望の状態に直接的に切り替えることが可能とされている。

また、ステッピングモータ５０は、ステップ数により回転角度を制御可能であることから、フレーム部材４３１の昇降状態を検知するための機構や、モータ回転数のフィードバック機構を別途備える必要がない。これにより部品点数が抑えられ、クラッチ機構４０の小型化が図られている。本実施形態におけるクラッチ機構４０は第一のモータ３０に内蔵されている関係上、故障時の修理や交換が煩雑となるおそれがある。そのため、摺動部品が少なく比較的信頼性の高いステッピングモータ５０を用い、さらに部品点数を削減することによりクラッチ機構４０の故障率を低減している。かかる効果は、例えばブラシレスＤＣモータを用いることによっても実現することができるが、本実施形態においてはコスト面を考慮し、ステッピングモータ５０を採用している。

（カム機構の構成および動作）
図５はカム機構４３３によるフレーム部材４３１の昇降操作の説明図である。クラッチ機構４０は、第二の回転体４２を支持するフレーム部材４３１を昇降させることで第二の回転体４２の軸方向位置を変位させ、第二の回転体４２と第一の回転体３２のクラッチ歯部４２ａ、３２ａを係合（継状態）および離間（断状態）させることにより駆動力の継断を行う。

フレーム部材４３１の下端部には、内周面から径方向内側に突出した載置片４３１ｂが周方向等間隔に四つ形成されている（図４参照）。第二の回転体４２は、そのフランジ部の下面が載置片４３１ｂに載置されることによりフレーム部材４３１に回転可能に支持される。

本実施形態におけるカム機構４３３は、フレーム部材４３１と上ケース４１ａに設けられ、平面視時計回りに上方へ傾斜する傾斜面同士を摺接させた傾斜カムからなる。上ケース４１ａは、開口部から下方へと延びる筒状体４１ａ１を備えており、上記傾斜カムは、かかる筒状体４１ａ１の外周面に形成されたカムと、フレーム部材４３１（透過表示）の上端部の内周面に形成されたカムフォロアーと、により構成される。カム機構４３３は上記傾斜カムを周方向等間隔に四対有している。

フレーム回動機構４３２がフレーム部材４３１をＤ方向（図４参照）に回動させたときは、フレーム部材４３１側のカムフォロアーが上ケース４１ａ側のカムを下方へ摺動し、フレーム部材４３１が下降する（図５（ａ））。フレーム部材４３１がＵ方向（図４参照）に回動されたときは、フレーム部材４３１側のカムフォロアーが上ケース４１ａ側のカムを上方へ摺動し、フレーム部材４３１が上昇する（図５（ｂ））。

図５（ａ）は、洗濯機９０の洗濯動作時におけるリフト機構４３の状態を示している。洗濯動作時におけるクラッチ機構４０は断状態にある。クラッチ機構４０が断状態のときのリフト機構４３は、フレーム部材４３１が上昇後の位置にあり、第二の回転体４２もフレーム部材４３１により持ち上げられ、第一の回転体３２から離間している。よって、第二の回転体４２と第一の回転体３２のクラッチ歯部４２ａ、３２ａの噛合は解除され、第一のモータ３０の駆動力は第二の回転体４２以降へは伝達されない。

図５（ｂ）は、洗濯機９０の脱水動作時におけるリフト機構４３の状態を示している。脱水動作時におけるクラッチ機構４０は継状態にある。クラッチ機構４０が継状態のときのリフト機構４３は、フレーム部材４３１が下降した位置にあり、第二の回転体４２もコイルバネ４４により下方へ付勢されてフレーム部材４３１とともに下降している。これにより、第二の回転体４２と第一の回転体３２のクラッチ歯部４２ａ、３２ａは噛合し、第一のモータ３０の駆動力が内槽９５ａへ伝達される。つまり、クラッチ歯部４２ａ、３２ａが噛合することにより、第一のモータ３０の駆動力は、ロータ３１、第一の回転体３２、第二の回転体４２、筒状軸２１、連結部材２２を介して内槽９５ａへと伝達され、内槽９５ａが回転する。

尚、回転軸２０は第一の回転体３２に固定され、第一の回転体３２と一体に回転することから、回転軸２０に接続されたパルセータ９６は、常に第一のモータ３０とともに回転する。すなわち、第一のモータ３０の駆動力は、クラッチ歯部４２ａ、３２ａの噛合状態にかかわらず、第一の回転体３２、回転軸２０を介してパルセータ９６に伝達されることから、パルセータ９６は洗濯機９０の洗濯動作および脱水動作のいずれの場合においても回転する。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０ モータユニット
２０ 回転軸
２１ 筒状軸
３０ 第一のモータ
３２ 第一の回転体
４０ クラッチ機構
４２ 第二の回転体
４３ リフト機構
４３１ フレーム部材
４３２ フレーム回動機構
４３３ カム機構
５０ ステッピングモータ
５１〜５４ 歯車（減速輪列）
９５ａ 内槽

Claims (5)

1. 円筒状のロータおよびステータを有する第一のモータと、
   前記第一のモータから洗濯機の回転槽への駆動力の伝達を継断するクラッチ機構と、を備え、
   前記クラッチ機構は、前記ロータおよびステータの内側に配置され、
   前記第一のモータは、該第一のモータにより回転駆動される第一の回転体を備え、
   前記クラッチ機構は、
   前記第一の回転体と同軸上に配置され、該第一の回転体と係合可能な第二の回転体と、
   前記第二の回転体を軸方向に変位させ、該第二の回転体と前記第一の回転体との係合・離間を切り替えるリフト機構と、を備え、
   前記リフト機構は、
   前記第二の回転体を回転可能に支持するフレーム部材と、
   前記フレーム部材を回動させるフレーム回動機構と、
   前記フレーム部材の回動方向に応じて、該フレーム部材を軸方向に変位させるカム機構と、を備えることを特徴とする洗濯機用モータユニット。
2. 前記フレーム回動機構は、
   両方向に回転可能な第二のモータと、
   前記第二のモータの駆動力を前記フレーム部材に伝達する減速輪列と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機用モータユニット。
3. 前記第二のモータはステッピングモータであることを特徴とする請求項２に記載の洗濯機用モータユニット。
4. 前記減速輪列を構成する各歯車は、前記フレーム部材の外周に沿って周方向に並べられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の洗濯機用モータユニット。
5. 前記第一の回転体の回転中心には、該第一の回転体と一体に回転する回転軸が立設され、
   前記回転軸は、外周面にスプライン部が形成された筒状軸に挿通され、
   前記回転軸の先端部は前記筒状軸から露出し、
   前記第二の回転体は、前記スプライン部に嵌合されることにより、該スプライン部の軸方向に摺動可能であり、かつ、該筒状軸と周方向に一体に回転し、
   前記第一の回転体と前記第二の回転体の係合時には、前記第一のモータの駆動力により前記回転軸および前記筒状軸が回転し、
   前記第一の回転体と前記第二の回転体の離間時には、前記第一のモータの駆動力により前記回転軸のみが回転することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の洗濯機用モータユニット。
   

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