JP7444540B2 - 洗濯機向けの駆動ユニットおよび洗濯機 - Google Patents

Description

開示する技術は、洗濯機に好適な駆動ユニットおよび洗濯機に関する。

現在、様々なタイプの洗濯機が製品化されている。大別すれば、洗濯物を収容する回転槽が縦軸回りに回転する縦型洗濯機、横軸ないし傾斜した軸回りに回転するドラム式洗濯機がある。傾向として、ドラム式洗濯機の方が、主流になりつつある。これら洗濯機は、いずれもモータで駆動されている。

ドラム式洗濯機の場合、洗濯物を収容したドラムが回転することによって、洗い、濯ぎ、脱水などの一連の洗濯処理が行われる。多量の水を含む洗濯物を回転させる洗いや濯ぎの工程では、低速で高トルクの回転力が要求される。洗濯物が水をほとんど含まない状態になるように洗濯物を回転させる脱水の工程では、高速で低トルクの回転力が要求される。

従って、洗濯機を駆動するモータは、これら回転力に対応する必要がある。そのため、一般に、減速機およびクラッチが利用されている。例えば、モータと出力軸との間に、プーリとベルトを介在させたり、遊星歯車機構など、複数のギヤを介在させたりして減速できるようにする。更にクラッチを介在させることにより、運転状態を切り替えられるようにする。

このような減速機およびクラッチの従来例としては、例えば、特許文献１～４がある。ただし、これらに開示されている減速機およびクラッチでは、２つの出力軸を切り替えたり、クラッチがモータの外に配置されていたり、減速機とクラッチとが軸方向に並んで配置されていたりしている。

このような、モータで駆動対象を間接的に駆動するタイプ（インダイレクトドライブ方式）の洗濯機とは異なり、モータで駆動対象を直接的に駆動するタイプ（ダイレクトドライブ方式）の洗濯機もある。そのような洗濯機では、減速機およびクラッチに代えて、インバータ制御が行われている。

特開２００１－７７８号公報 特表２００６－５１７１２６号公報 特開２０１７－９９６０５号公報 特開２０１０－２４０００６号公報

洗濯機では、コンパクトなサイズで洗濯容量が大きいこと、低騒音であること、省エネであることなどが要望される。

それに対し、ダイレクトドライブ方式の洗濯機の場合、速度差やトルク差の大きな回転力を、制御により、磁気構成が同じ１つのモータで出力しなければならない。そのため、大きく異なる回転状態でモータを駆動させる必要があり、最適な回転性能状態に保持できない。また、そのような回転性能状態に対応するためには、モータ自体が大型になる。

一方、インダイレクトドライブ方式の洗濯機の場合、減速機やクラッチが駆動対象とモータとの間に介在する。従って、これらを設置する大きなスペースが必要になる。その分、洗濯容量が制約を受ける。また、出力軸が２つになるなど、機械的な構造が複雑になる。機械的な構造が複雑であると、大きな音が出易い。

ダイレクトドライブ方式、インダイレクトドライブ方式のいずれにおいても、一長一短がある。

そこで開示する技術の主たる目的は、各方式を効率的に組み合わせることにより、洗濯機の駆動に好適な駆動ユニットを実現することにある。

開示する技術の１つは、洗濯機向けの駆動ユニットに関する。

前記駆動ユニットは、ユニットベースと、回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機と、を備える。そして、前記モータと前記減速機とが、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている。

この駆動ユニットによれば、モータの回転力は１本のシャフトから出力される。従って、構造を簡素にできる。そして、モータと減速機とが、回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている。それにより、駆動ユニットが薄くなるので、駆動ユニットの全体をコンパクトなサイズにできる。洗濯容量を大きくできるので、洗濯機に好適である。

なお、ここでいう一列に並ぶとは、駆動ユニットの縦断面を見た場合での並びを意味し、対象物が一直線状に並ぶだけでなく、多少、対象物がずれた状態で一列に並ぶ場合も含む。各対象物の少なくとも一部分が、列方向に重なり合っていればよい。

具体的には、前記モータは、前記回転軸を中心に回転可能な状態で支持されているロータと、前記ユニットベースに固定されていて、前記ロータと所定のギャップを隔てて対向しているステータと、を有し、前記減速機は、前記シャフトに固定されたキャリアと、前記回転軸を中心に回転するサンギヤと、前記サンギヤの周囲に配置されるインターナルギヤと、前記キャリアに回転可能な状態で支持されていて、前記サンギヤおよび前記インターナルギヤと噛み合うようにこれらの間に配置されている複数のプラネタリギヤと、を有し、前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、および前記インターナルギヤが、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、とすればよい。

更には、前記ロータが、ロータ軸受部を介して前記シャフトに回転可能な状態で支持されていて、前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、および前記インターナルギヤ、および前記ロータ軸受部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、とするのが好ましい。

前記駆動ユニットはまた、ユニットベースと、回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機およびクラッチと、を備え、前記モータと前記クラッチとが、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている、としてもよい。

この場合には、モータとクラッチとが、回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている。それにより、駆動ユニットが薄型化するので、駆動ユニットの全体をコンパクトなサイズにできる。洗濯容量を大きくできるので、洗濯機に好適である。

具体的には、前記モータは、前記回転軸を中心に回転可能な状態で支持されているロータと、前記ユニットベースに固定されていて、前記ロータと所定のギャップを隔てて対向しているステータと、を有し、前記クラッチは、前記回転軸方向にスライドする可動部と、
前記回転軸方向に離れて位置する一対の固定部と、を有し、前記可動部がいずれか一方の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介して前記シャフトを回転させる第１モードと、前記モータが前記減速機を介さずに前記シャフトを回転させる第２モードとに切り替わるように構成され、前記ロータ、前記ステータ、前記可動部、および前記固定部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、とすればよい。

前記駆動ユニットはまた、ユニットベースと、回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機およびクラッチと、を備え、前記減速機と前記クラッチとが、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている、としてもよい。

この場合には、減速機とクラッチとが、回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている。それにより、駆動ユニットが薄型化するので、駆動ユニットの全体をコンパクトなサイズにできる。洗濯容量を大きくできるので、洗濯機に好適である。

具体的には、前記減速機は、前記シャフトに固定されたキャリアと、前記回転軸を中心に回転するサンギヤと、前記サンギヤの周囲に配置されるインターナルギヤと、前記キャリアに回転可能な状態で支持されていて、前記サンギヤおよび前記インターナルギヤと噛み合うようにこれらの間に配置されている複数のプラネタリギヤと、を有し、前記クラッチは、前記回転軸方向にスライドする可動部と、前記回転軸方向に離れて位置する一対の固定部と、を有し、前記可動部がいずれか一方の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介して前記シャフトを回転させる第１モードと、前記モータが前記減速機を介さずに前記シャフトを回転させる第２モードとに切り替わるように構成され、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、および前記固定部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、とすればよい。

前記駆動ユニットはまた、ユニットベースと、回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機およびクラッチと、を備え、前記モータと前記減速機と前記クラッチとが、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている、としてもよい。

この場合には、モータと減速機とクラッチとが、回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている。それにより、駆動ユニットが、よりいっそう薄型化するので、駆動ユニットの全体を、よりいっそうコンパクトなサイズにできる。洗濯容量を大きくできるので、よりいっそう洗濯機に好適である。

具体的には、前記モータは、前記回転軸を中心に回転可能な状態で支持されているロータと、前記ユニットベースに固定されていて、前記ロータと所定のギャップを隔てて対向しているステータと、を有し、前記減速機は、前記シャフトに固定されたキャリアと、
前記回転軸を中心に回転するサンギヤと、前記サンギヤの周囲に配置されるインターナルギヤと、前記キャリアに回転可能な状態で支持されていて、前記サンギヤおよび前記インターナルギヤと噛み合うようにこれらの間に配置されている複数のプラネタリギヤと、を有し、前記クラッチは、前記回転軸方向にスライドする可動部と、前記回転軸方向に離れて位置する一対の固定部と、を有し、前記可動部がいずれか一方の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介して前記シャフトを回転させる第１モードと、前記モータが前記減速機を介さずに前記シャフトを回転させる第２モードとに切り替わるように構成され、前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、および前記固定部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、とすればよい。

更には、前記ロータが、ロータ軸受部を介して前記シャフトに回転可能な状態で支持されていて、前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、前記固定部、および前記ロータ軸受部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、とするのが好ましい。

前記駆動ユニットはまた、前記ロータは、複数の磁石を有し、前記複数の磁石が、前記ステータの外周部分と対向している、としてもよい。

すなわち、モータをアウターロータ型にすれば、上述した構造の駆動ユニットを最も容易に実現することができる。

前記駆動ユニットはまた、前記ロータは、底壁の半径よりも周壁の高さの方が小さく形成されるとともに、中心が前記回転軸に一致する有底円筒形状のロータケースを有し、前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、前記固定部、および前記ロータ軸受部が、前記ロータケースの内部に収容されている、としてもよい。

そうすれば、駆動ユニットのほぼ全体がモータのロータケースに収容されるので、よりいっそうコンパクトにできる。

前記駆動ユニットはまた、前記ロータケースは、前記ロータ軸受部に支持される軸支部を更に有し、前記軸支部が前記サンギヤを兼ねている、としてもよい。

そうすれば、部材の共用により、更に効率的に駆動ユニットを構成できる。

開示する技術の他の１つは、洗濯機に関する。

前記洗濯機は、筐体の内部に設置された固定槽と、洗濯物を収容するとともに前記固定槽の内部で回転する回転槽と、上述した駆動ユニットと、を備える。

そして、前記固定槽の底部に前記ユニットベースが取り付けられ、前記固定槽の底部を貫通した前記シャフトが前記回転槽に固定されていて、前記回転槽が前記回転軸を中心に回転する。

すなわち、この洗濯機には、上述したコンパクトな駆動ユニットが用いられていて、固定槽の底部に取り付けられた状態で、回転槽を回転するように構成されている。従って、固定槽および回転槽の容量を大きくできる。

前記洗濯機はまた、前記駆動ユニットを制御することにより、少なくとも洗い、濯ぎ、および脱水の各工程を行う制御装置を更に備え、前記制御装置が、前記洗いおよび前記濯ぎの各行程で前記第１モードに切り替えるとともに、前記脱水の工程で前記第２モードに切り替える、としてもよい。

そうすれば、駆動ユニットにより、洗濯機が行う各工程に対応した回転力を出力できるので、効率的な運転が行える。

前記洗濯機はまた、前記回転軸が、水平方向に対して傾斜した方向または略水平方向に延びるように配置される、としてもよい。

いわゆるドラム式の洗濯機に適用する。ドラム式の洗濯機であれば、通常、駆動力の出力先はドラムだけであるので、上述した駆動ユニットに好適である。容易に利便性に優れた洗濯機が実現できる。

開示する技術によれば、洗濯機の駆動に好適な駆動ユニットが実現できる。ひいては、利便性に優れた洗濯機が実現できる。

開示する技術を適用した洗濯機の構造を示す概略図である。 駆動ユニットの外観を示す概略側面図である。 駆動ユニットの主な部材を示す分解斜視図である。 駆動ユニットの要部の概略断面図である。 シャフトおよびロータの部分を示す概略斜視図である。 ステータの部分を示す概略斜視図である。 減速機の部分を示す概略斜視図である。 減速機とクラッチの部分を示す概略斜視図である。 減速機とクラッチの部分の要部を示す概略斜視図である。 減速機とクラッチの部分の要部を示す概略斜視図である。 クラッチの切り替えを説明する図である。 洗濯機の基本的な運転例を示すフローチャートである。 クラッチの切り替え例を示すフローチャートである。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。なお、説明の便宜上、対応した図を基準にして上下等の方向を用いる場合がある。

＜洗濯機＞
図１に、開示する技術を適用した洗濯機１を例示する。この洗濯機１は、いわゆるドラム式の洗濯機である。また、この洗濯機１は、いわゆる全自動式洗濯機であり、洗い、濯ぎ、脱水などの工程からなる一連の洗濯処理が、自動的に実行できるように構成されている。

洗濯機１は、主に、筐体２、タブ３（固定槽）、ドラム４（回転槽）、駆動ユニット５、コントローラ６（制御装置）などで構成されている。

筐体２は、パネルやフレームで構成された箱形の容器であり、洗濯機１の外郭を構成している。筐体２の前面には、洗濯物を出し入れするために、円形の投入口２ａが形成されている。投入口２ａには透明な窓を有するドア２ｂが取り付けられている。投入口２ａは、ドア２ｂによって開閉される。筐体２における投入口２ａの上側には、ユーザが操作するスイッチ等を有する操作部７が設置されている。

（タブ３）
筐体２の内部には、投入口２ａに連通するタブ３が設置されている。タブ３は、有底円筒状の貯水可能な容器からなり、その開口が投入口２ａと接続されている。タブ３は、その中心線Ｊを前方に向かって上向きに僅かに傾斜させた姿勢で安定するように、筐体２の内部に設けられたダンパ（図示せず）によって支持されている。

タブ３の上部には、給水配管８ａ、給水弁８ｂ、薬剤投入装置８ｃなどで構成された給水装置８が設けられている。給水配管８ａの上流側の端部は、洗濯機１の外部に突出し、図外の給水源に接続されている。給水配管８ａの下流側の端部はタブ３の上部に開口する給水口３ａに接続されている。給水弁８ｂおよび薬剤投入装置８ｃは、上流側からこの順に給水配管８ａの途中に設置されている。

薬剤投入装置８ｃは、洗剤や柔軟剤等の薬剤を収容し、これら薬剤を、給水される水に混合することによってタブ３に投入する。タブ３の下部には、排水口３ｂが設けられている。排水口３ｂは、排水ポンプ９に接続されている。排水ポンプ９は、タブ３に溜まる不要な水を、排水管９ａを通じて洗濯機１の外部に排出する。

（ドラム４）
ドラム４は、タブ３よりも僅かに小径の円筒状の容器からなり、タブ３と中心線Ｊを一致させた状態で、タブ３に収容されている。ドラム４の前部には、投入口２ａに臨む円形開口４ａが形成されている。洗濯物は、投入口２ａおよび円形開口４ａを通じて、ドラム４の内部に投入される。

ドラム４の側部には、多数の脱水孔４ｂが全周にわたって形成されている（図１では一部のみ表示）。また、その側部の内側の複数箇所には、撹拌用のリフター４ｃが取り付けられている。ドラム４の前部は、投入口２ａに回転可能な状態で支持されている。

タブ３の底部には、駆動ユニット５が取り付けられている。駆動ユニット５は、図２、図３に具体的に示すように、シャフト５０、ユニットベース５１、モータ５２などで構成されている。シャフト５０は、タブ３の後部を貫通し、タブ３の内部に突出している。シャフト５０の先端は、ドラム４の底部の中心に固定されている。

すなわち、ドラム４の後部はシャフト５０で軸支されていて、駆動ユニット５は、ドラム４を直接的に駆動する（いわゆるダイレクトドライブ方式に相当）。それにより、ドラム４は、モータ５２の駆動によって中心線Ｊの回りを回転する。

中心線Ｊは、回転軸に相当する（回転軸Ｊ）。この洗濯機１はドラム式であるため、回転軸Ｊは、水平方向に対して傾斜した方向または略水平方向に延びるように配置される。

コントローラ６は、筐体２の上部に設置されている。コントローラ６は、ＣＰＵ、メモリなどのハードウエアと、制御プログラムや各種データなどのソフトウエアとで構成されている。コントローラ６は、洗濯機１の動作を総合的に制御する。

筐体２の内部には、外部の電源から電力の供給を受けるインバータ１０が設置されている。インバータ１０は、コントローラ６および駆動ユニット５と電気的に接続されている。コントローラ６が、インバータ１０を制御することによって駆動ユニット５が駆動する。それにより、ドラム４が回転する。

＜駆動ユニット５＞
上述したように、駆動ユニット５は、シャフト５０、ユニットベース５１、モータ５２などで構成されている。図４に、駆動ユニット５の要部の概略断面図を示す。

図３に示すように、ユニットベース５１は、タブ３の底部に取り付けられる略円板状の金属や樹脂の部材からなる。ユニットベース５１の中心部には、中心線Ｊに沿って延びる円筒状の軸挿入孔５１１が形成されている。軸挿入孔５１１の両端部には、一対のボールベアリング（メインベアリング５１２Ｍおよびサブベアリング５１２Ｓ）が装着される。図３では、シャフト５０およびサブベアリング５１２Ｓは、モータ５２に組み付けられた状態で表してある。モータ５２は、ユニットベース５１の裏側に組み付けられる。

シャフト５０は、軸挿入孔５１１よりも小径の円柱状の金属部材からなる。シャフト５０は、その先端部分を軸挿入孔５１１から突出した状態で軸挿入孔５１１に挿入される。シャフト５０は、一対のボールベアリング５１２Ｍ，５１２Ｓを介してユニットベース５１に支持される。それにより、シャフト５０は、回転軸Ｊを中心に回転可能となっている。

このモータ５２は、洗濯機１の駆動に好適なように、構造が工夫されている。すなわち、洗濯機１では、洗い、濯ぎ、脱水の各工程が行われる。そのために、モータ５２には、低速回転での高トルクな出力と、低トルクであるが高速回転の出力とが要求される。

一般的には、減速機およびクラッチをドラムとモータとの間に介在させて、間接的にドラムを回転させる方式（インダイレクトドライブ方式）や、モータを、インバータ制御による駆動で直接的にドラムを回転させる方式（ダイレクトドライブ方式）が採用されている。

それに対し、この駆動ユニット５では、インダイレクトドライブ方式とダイレクトドライブ方式とを効率的に組み合わせることにより、個々の方式の欠点が解消できるように工夫されている。すなわち、この洗濯機１では、コンパクトなサイズで洗濯容量が大きいこと、低騒音であること、省エネであることなどが実現可能となっている。

具体的には、出力軸である１本のシャフト５０を回転させるモータ５２に、シャフト５０とモータ５２との間に介在する減速機５３およびクラッチ５４を効率的に組み込むことによって、これらが一体的に構成されている。それにより、モータ５２と減速機５３とクラッチ５４とが、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並んだ状態となっている。以下、これらの構造について、詳細に説明する。

（シャフト５０の基端部５０ａ）
図４に示すように、シャフト５０の基端部５０ａは、サブベアリング５１２Ｓから突出している。シャフト５０の基端部５０ａには、中心線Ｊに沿って延びるネジ孔５０１が形成されている。シャフト５０の基端部５０ａの外周面には、中心線Ｊに沿って延びるセレーションが形成されている（図７参照）。ネジ孔５０１に、止め具５０２を介してボルト５０３が締結されている。そうすることにより、シャフト５０の基端部５０ａには、後述するキャリア５３１のメインフレーム５３１１が固定されている。

（モータ５２）
モータ５２は、ロータ５２１およびステータ５２２を有している。モータ５２は、ステータ５２２の外側にロータ５２１が位置する、いわゆるアウターロータ型である。

図５に示すように、ロータ５２１は、ロータケース５２１１、複数の磁石５２１２などで構成されている。ロータケース５２１１は、中心が回転軸Ｊに一致するように配置される有底円筒形状をした部材からなる。ロータケース５２１１は、中心に丸孔が開口した円板状の底壁５２１１ａと、その底壁５２１１ａの周囲に連なる円筒状の周壁５２１１ｂと、を有している。なお、底壁５２１１ａは多物品でも１物品でもよい。ロータケース５２１１は、底が浅く（厚みが小さく）、底壁５２１１ａの半径よりも周壁５２１１ｂの高さの方が小さく形成されている。

底壁５２１１ａの中心部に開口した丸孔の周囲には、周壁５２１１ｂと対向する円筒状の軸支部５２１１ｃが形成されている。軸支部５２１１ｃの外周面にはギヤが形成されており、軸支部５２１１ｃは、後述するサンギヤを兼ねている（サンギヤ５２１１ｃ）。

軸支部５２１１ｃの内側には、円筒状の焼結含油軸受５２１３が固定されている。軸支部５２１１ｃは、この焼結含油軸受５２１３を介して、シャフト５０（詳細には、シャフト５０に固定されたメインフレーム５３１１）に摺動可能な状態で支持されている。それにより、ロータケース５２１１は、シャフト５０に対して回転可能となっている。焼結含油軸受５２１３は、ロータ軸受部を構成している。

各磁石５２１２は、円弧状に曲げられた矩形の永久磁石からなる。各磁石５２１２は、周方向に直列に連なって並ぶように、ロータケース５２１１の周壁５２１１ｂの内面に固定されている。各磁石５２１２は、ロータ５２１の磁極を構成し、Ｓ極とＮ極とが交互に並ぶように配置されている。

図６に示すように、ステータ５２２は、円環状の部材からなり、円環状のコア部５２２ａと、コア部５２２ａから外側に向かって放射状に突出する複数のティース部５２２ｂとを有している。ステータ５２２は、コア部５２２ａの内側に設けられた固定フランジ部５２２ｃを介してユニットベース５１に固定されている。ステータ５２２は、ロータケース５２１１に収容されている。

コア部５２２ａおよび各ティース部５２２ｂは、磁性を有する金属製のステータコア５２２１の表面を、絶縁性のインシュレータで被覆することによって構成されている。また、図示はしないが、各ティース部５２２ｂには、所定の順序で導線を巻き付けることにより、複数のコイルが形成されている。ステータ５２２の外周部分に位置する各ティース部５２２ｂの突端面には、ステータコア５２２１の一部が露出している。これらステータコア５２２１の露出部分が、所定のギャップを隔ててロータ５２１の磁石５２１２と対向している。

複数のコイルは、Ｕ、Ｖ、およびＷからなる３相のコイル群を構成している。これらコイル群の各々に、コントローラ６が、インバータ１０を制御することにより、位相をずらしながら交流を供給する。そうすることにより、各コイル群とロータ５２１の磁極との間で磁界が形成される。磁力の作用で、ロータ５２１は回転軸Ｊを中心に回転する。

（減速機５３）
減速機５３は、軸支部５２１１ｃの周囲に配置されている。減速機５３は、ロータケース５２１１に収容されている。図７に、その減速機５３の部分を示す。減速機５３は、キャリア５３１、サンギヤ５２１１ｃ、複数（図例では４つ）のプラネタリギヤ５３３、インターナルギヤ５３４などで構成されている。

キャリア５３１は、メインフレーム５３１１とサブフレーム５３１２とを有している。サブフレーム５３１２は、４つの下側軸受凹部５３１２ａを有する環状の部材からなる。サブフレーム５３１２は、環状のガイドプレート５３５を介して、ロータケース５２１１の上に装着されている。

ガイドプレート５３５の内側には、リング状の摺動部材５３６が固定されている。ガイドプレート５３５は、軸支部５２１１ｃとの間にその摺動部材５３６を介在し、回転可能な状態で、ロータケース５２１１の底壁５２１１ａの上に装着されている。

メインフレーム５３１１は、底の浅い有底円筒形状をした基部５３１１ａと、基部５３１１ａの中央部からその裏側に突出した円筒状の軸止部５３１１ｂとを有している。基部５３１１ａの裏面は、サブフレーム５３１２と対向するように配置される。基部５３１１ａの裏面には、下側軸受凹部５３１２ａの各々と対向する複数の上側軸受凹部５３１１ｃが形成されている。

軸止部５３１１ｂの内周面には、シャフト５０の基端部５０ａに嵌合するセレーションが形成されている。軸止部５３１１ｂにシャフト５０の基端部５０ａが挿入されることにより、メインフレーム５３１１は、回転不能な状態でシャフト５０に固定される。軸止部５３１１ｂの周囲には、上述したように、ロータ軸受部を構成する焼結含油軸受５２１３を介して、ロータ５２１の軸支部５２１１ｃが支持されている。この軸支部５２１１ｃが、回転軸Ｊを中心に回転するサンギヤを構成している。

インターナルギヤ５３４は、サンギヤ５２１１ｃよりも大径の略円筒状の部材からなる。インターナルギヤ５３４の内周面の下部にはギヤ部５３４ａが設けられている。ギヤ部５３４ａには、ギヤ歯が全周にわたって形成されている。また、インターナルギヤ５３４の外周面には、回転軸方向（回転軸Ｊが延びる方向）に延びる線状の突起からなる複数の内側スライドガイド５３４ｂが、等間隔で全周にわたって形成されている。これら内側スライドガイド５３４ｂについては、別途後述する。

インターナルギヤ５３４は、サンギヤ５２１１ｃの周囲に、回転軸Ｊを中心に配置されている。インターナルギヤ５３４の下部は、ガイドプレート５３５の上に配置されている。インターナルギヤ５３４の上部内側には、リング状の摺動部材５３７が固定されている（図４参照）。キャリア５３１（メインフレーム５３１１）は、この摺動部材５３７を介して、回転可能な状態でインターナルギヤ５３４に支持されている。

各プラネタリギヤ５３３は、キャリア５３１に回転可能な状態で支持されていて、サンギヤ５２１１ｃとインターナルギヤ５３４とに噛み合うように、これらの間に配置されている。

各プラネタリギヤ５３３は、小径のギヤ部材からなる。各プラネタリギヤ５３３の中心部には、ピン孔が貫通して形成されている。ピン孔に挿入されたピン５３３１の両端部が、メインフレーム５３１１の上側軸受凹部５３１１ｃと、サブフレーム５３１２の下側軸受凹部５３１２ａとに軸支されている。各プラネタリギヤ５３３の外周面には、ギヤ歯が全周にわたって形成されている。このギヤ歯が、サンギヤ５２１１ｃおよびインターナルギヤ５３４の双方に噛み合っている。

従って、インターナルギヤ５３４が固定された状態（回転不能な状態）で、サンギヤ５２１１ｃが所定の速度で回転すると、それに伴って、各プラネタリギヤ５３３が、サンギヤ５２１１ｃの回りを周回しながら回転する。それにより、キャリア５３１およびシャフト５０は、減速された状態で回転する。

（クラッチ５４）
クラッチ５４は、減速機５３の周囲に配置されている。クラッチ５４は、ロータケース５２１１に収容されている。図８、図９、図１０に、減速機５３とクラッチ５４の部分を示す。クラッチ５４は、スライダー５４１（可動部）、ロータ側およびステータ側の各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓ（固定部）、およびクラッチドライバ５４３（駆動部）を有している。クラッチドライバ５４３は、可動子５４３１および固定子５４３２を有している。

スライダー５４１は、インターナルギヤ５３４よりも大径の円筒状の部材からなる。スライダー５４１の内周面には、図８に一部のみ示すように、回転軸方向に延びる線状の突起からなる複数の外側スライドガイド５４１ａが、等間隔で全周にわたって形成されている。これら外側スライドガイド５４１ａは、インターナルギヤ５３４の外周面に形成されている複数の内側スライドガイド５３４ｂと噛み合うように構成されている。

スライダー５４１は、その外側スライドガイド５４１ａの各々を、インターナルギヤ５３４の内側スライドガイド５３４ｂの各々に噛み合わせた状態で、インターナルギヤ５３４の周囲に配置されている。それにより、スライダー５４１は、回転軸方向にスライド可能となっている。

スライダー５４１の外周面には、ロータ側およびステータ側の各係合爪からなる一対の係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓが形成されている。これら係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓは、回転軸方向に突出する複数の突起で構成されており、スライダー５４１の外周面に等間隔で全周にわたって形成されている。ロータ側の係合爪５４１１Ｒは、スライダー５４１の下端部に配置されていて、各突起が下方に向かって突出している。ステータ側の係合爪５４１１Ｓは、スライダー５４１の上端部に配置されていて、各突起が上方に向かって突出している。

スライダー５４１の外周面におけるロータ側およびステータ側の各係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓの間には、可動子５４３１を収容する可動子収容部５４１ｂが形成されている。

図１０に示すように、ロータ側のロック爪５４２Ｒは、ロータケース５２１１に取り付けられた環状部材５４４に設けられている。ロータ側のロック爪５４２Ｒは、全周にわたって等間隔で回転軸方向に突出する複数の突起で構成されている。これら突起は、上方に向かって突出している。

ステータ側のロック爪５４２Ｓは、ステータ５２２に取り付けられた環状部材５４５に設けられている。ステータ側のロック爪５４２Ｓは、全周にわたって等間隔で回転軸方向に突出する複数の突起で構成されている。これら突起は、下方に向かって突出している。

ロータ側のロック爪５４２Ｒと、ステータ側のロック爪５４２Ｓとは、回転軸方向に離れた位置で対向するように配置されている。そして、ロータ側のロック爪５４２Ｒは、ロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合うように構成されるとともに、ステータ側のロック爪５４２Ｓは、ステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合うように構成されている。

ロータ側のロック爪５４２Ｒとステータ側のロック爪５４２Ｓとの間の間隔は、ロータ側の係合爪５４１１Ｒとステータ側の係合爪５４１１Ｓとの間の間隔よりも大きく設定されている。従って、ロータ側のロック爪５４２Ｒがロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合って連結されるときには、ステータ側のロック爪５４２Ｓはステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合わない。ステータ側のロック爪５４２Ｓがステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合って連結されるときには、ロータ側のロック爪５４２Ｒはロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合わない。

図９に示すように、クラッチドライバ５４３の可動子５４３１は、スライダコア５４３１ａと、クラッチマグネット５４３１ｂとを有し、可動子収容部５４１ｂに設置されている。

スライダコア５４３１ａは、磁性を有する金属製の円筒状部材からなり、可動子収容部５４１ｂの奥方に設置されている。クラッチマグネット５４３１ｂは、永久磁石で構成されている。クラッチマグネット５４３１ｂは、スライダコア５４３１ａの表面に接した状態で、可動子収容部５４１ｂの全周にわたって設置されている。

図１０に示すように、クラッチドライバ５４３の固定子５４３２は、クラッチコイル５４３２ａ、コイルホルダ５４３２ｂ、ホルダサポート５４３２ｃなどで構成されている。コイルホルダ５４３２ｂは、開口が径方向外側に向く断面が略Ｃ形状をした、絶縁性のリング状の部材からなる。コイルホルダ５４３２ｂに電線が巻回されることによってクラッチコイル５４３２ａが形成されている。

ホルダサポート５４３２ｃは、コイルホルダ５４３２ｂを挟持する上下一対の環状の部材からなる。ホルダサポート５４３２ｃは、ステータ５２２に固定されている。それにより、クラッチコイル５４３２ａは、クラッチマグネット５４３１ｂと、径方向に僅かなギャップを隔てて対向するように構成されている。

クラッチコイル５４３２ａへの通電は、コントローラ６によって制御される。クラッチコイル５４３２ａへの通電によって、クラッチコイル５４３２ａとクラッチマグネット５４３１ｂとの間に磁界が形成される。それにより、スライダー５４１は、回転軸方向のいずれか一方にスライドする。

それにより、図１１に示すように、ステータ側のロック爪５４２Ｓにステータ側の係合爪５４１１Ｓが噛み合う第１モードと、ロータ側のロック爪５４２Ｒにロータ側の係合爪５４１１Ｒが噛み合う第２モードとに切り替わる。

第１モードでは、インターナルギヤ５３４がスライダー５４１を介してステータ５２２に支持される。それにより、ロータ５２１およびサンギヤ５２１１ｃの回転は、減速機５３を介してシャフト５０およびキャリア５３１に伝達される。従って、駆動ユニット５は、低回転で高トルクな回転力を出力する。

一方、第２モードでは、インターナルギヤ５３４がスライダー５４１を介してロータ５２１に支持される。それにより、ロータ５２１およびサンギヤ５２１１ｃの回転は、減速機５３を介さずに、シャフト５０およびキャリア５３１に伝達される。

すなわち、ロータ５２１、サンギヤ５２１１ｃ、およびインターナルギヤ５３４が一体となって回転するため、各プラネタリギヤ５３３は周回しない。それにより、シャフト５０およびキャリア５３１もこれらと一体になって回転する。従って、駆動ユニット５は、高回転で低トルクな回転力を出力する。

このように、この駆動ユニット５によれば、モータ５２、減速機５３、およびクラッチ５４が、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並ぶように、モータ５２に、減速機５３およびクラッチ５４が効率的に組み込まれて、これらが一体的に構成されている。そして、クラッチ５４の切り替えにより、１本のシャフト５０を通じて、低回転で高トルクな回転力と、低トルクであるが高回転の回転力とを出力することができる。そしてまた、出力が異なる第１モードと第２モードの両モードにおいても、モータ５２の回転数およびトルクの値を比較的近い値に設定できので、モータ効率を最適化できる。

従って、この駆動ユニット５は、コンパクトなサイズで、洗濯機に適した回転力を出力できる。駆動ユニット５は、洗濯機に好適である。

＜洗濯機１の運転＞
図１２Ａに、洗濯機１の基本的な運転例を示す。

洗濯機１の運転が行われる場合、最初に、ドラム４に洗濯物が投入される（ステップＳ１）。この洗濯機１の場合、その際、洗剤等も薬剤投入装置８ｃに投入される。そして、操作部７の操作により、コントローラ６に、洗濯開始の指示が入力される（ステップＳ２でＹｅｓ）。それにより、コントローラ６は、洗い、濯ぎ、および脱水などからなる一連の洗濯工程を自動的に開始する。

洗い工程に先だって、コントローラ６は、給水量を設定するため、洗濯物の重量を計測する（ステップＳ３）。コントローラ６は、計測した洗濯物の重量に基づいて、適切な給水量を設定する（ステップＳ４）。

給水量の設定が終わると、コントローラ６は、洗い工程を開始する（ステップＳ５）。洗い工程が開始すると、コントローラ６は、給水弁８ｂを制御し、設定した所定量の水をタブ３に供給する。その際、薬剤投入装置８ｃに収容された洗剤が給水される水とともにタブ３に投入される。

次に、コントローラ６は、駆動ユニット５を駆動し、ドラム４の回転を開始する、その際、コントローラ６は、図１２Ｂに示すように、洗いまたは濯ぎの工程か否かを判断する（ステップＳ１０）。その結果、洗いまたは濯ぎの工程であれば、コントローラ６は、クラッチ５４を制御して、第１モードに切り替える（ステップＳ１１）。洗いまたは濯ぎの工程でない、つまり脱水の工程であれば、コントローラ６は、クラッチ５４を制御して、第２モードに切り替える（ステップＳ１２）。

ここでは、洗い工程であるため、コントローラ６は、クラッチ５４を第１モードに切り替える。それにより、駆動ユニット５により、低速で高トルクな回転力が出力される。従って、比較的重いドラム４を低速で効率よく回転させることができる。

洗い工程が終了すると、コントローラ６は、濯ぎ工程を開始する（ステップＳ６）。濯ぎ工程では、排水ポンプ９の駆動により、タブ３に貯まる洗い水が排水される。次に、コントローラ６は、洗い工程と同様に、給水や撹拌の処理を実行する。

濯ぎ工程では、クラッチ５４を第１モードに維持した状態で、駆動ユニット５が駆動される。

濯ぎ工程が終了すると、コントローラ６は、脱水工程を実行する（ステップＳ７）。脱水工程では、ドラム４が、所定時間、高速で回転駆動される。従って、コントローラ６は、脱水工程に先立って、クラッチ５４を第２モードに切り替える。第２モードであれば、高回転で低トルクな回転力を出力できる。従って、比較的軽いドラム４を高速で効率よく回転させることができる。

洗濯物は、遠心力でドラム４の内面に張り付いた状態になる。洗濯物に含まれる水は、ドラム４の外に流出する。それにより、洗濯物は脱水される。

脱水によってタブ３に貯まる水は、排水ポンプ９の駆動によって排出される。脱水工程が終了すると、所定のブザーを鳴らすなどして洗濯終了の報知し、洗濯機１の運転が終了する。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、実施形態では、ロータの磁石がステータの外側に位置するアウターロータ型のモータを例示したが、ロータの磁石がステータの内側に位置するインナーロータ型のモータであってもよい。

ドラム式の洗濯機を例示したが、縦型の洗濯機にも適用は可能である。

実施形態では、モータ５２、減速機５３、およびクラッチ５４が、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている駆動ユニット５を例示したが、それに限らない。

例えば、モータ５２と減速機５３とが、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されていてもよい。具体的には、ロータ５２１、ステータ５２２、サンギヤ５２１１ｃ、複数のプラネタリギヤ５３３、およびインターナルギヤ５３４（好ましくは焼結含油軸受５２１３も）を、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置すればよい。

また、モータ５２とクラッチ５４とが、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されていてもよい。具体的には、ロータ５２１、ステータ５２２、スライダー５４１、および一対のロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓを、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置すればよい。

更には、減速機５３とクラッチ５４とが、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されていてもよい。具体的には、サンギヤ５２１１ｃ、複数のプラネタリギヤ５３３、インターナルギヤ５３４、スライダー５４１、および一対のロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓを、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置すればよい。

これらのような構成であっても、洗濯機に好適な駆動ユニットを実現できる。ただし、実施形態の方が好ましい。

１ 洗濯機
３ タブ（固定槽）
４ ドラム（回転槽）
５ 駆動ユニット
６ コントローラ（制御装置）
５０ シャフト
５１ ユニットベース
５１２Ｍ メインベアリング
５１２Ｓ サブベアリング
５２ モータ
５２１ ロータ
５２１１ ロータケース
５２１１ｃ 軸支部（サンギヤ）
５２１２ 磁石
５２１３ 焼結含油軸受（ロータ軸受部）
５２２ ステータ
５３ 減速機
５３１ キャリア
５３３ プラネタリギヤ
５３４ インターナルギヤ
５３５ ガイドプレート
５３６ 摺動部材
５３７ 摺動部材
５４ クラッチ
５４１ スライダー（可動部）
５４１１Ｒ ロータ側の係合爪
５４１１Ｓ ステータ側の係合爪
５４２Ｒ ロータ側のロック爪（固定部）
５４２Ｓ ステータ側のロック爪（固定部）
５４３ クラッチドライバ（駆動部）
５４３１ 可動子
５４３２ 固定子
５４４ 環状部材
５４５ 環状部材
Ｊ 中心線（回転軸）

Claims (9)

1. 洗濯機向けの駆動ユニットであって、
   ユニットベースと、
   回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、
   前記シャフトを回転させるモータと、
   前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機およびクラッチと、
   を備え、
   前記クラッチは、
   回転軸方向の両端に突出する一対の係合爪が形成されていて回転軸方向にスライドする円筒状の可動部と、
   前記係合爪と噛み合うように所定の環状部材に設けられていて前記回転軸方向に離れて位置する一対の固定部と、
   円筒状の可動子と、当該可動子と径方向にギャップを隔てて対向した環状のクラッチコイルを含むリング状の固定子とを有し、前記クラッチコイルへの通電により、前記一対の固定部の各々に対して対応した前記係合爪が噛み合うように前記可動部をスライドさせる環状の駆動部と、
   を有し、
   前記モータと前記減速機と前記可動部、前記一対の固定部、及び、前記駆動部とが、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並んだ状態で一体的に構成されている、駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記モータは、
   前記回転軸を中心に回転可能な状態で支持されているロータと、
   前記ユニットベースに固定されていて、前記ロータと所定のギャップを隔てて対向しているステータと、
   を有し、
   前記減速機は、
   前記シャフトに固定されたキャリアと、
   前記回転軸を中心に回転するサンギヤと、
   前記サンギヤの周囲に配置されるインターナルギヤと、
   前記キャリアに回転可能な状態で支持されていて、前記サンギヤおよび前記インターナルギヤと噛み合うようにこれらの間に配置されている複数のプラネタリギヤと、
   を有し、
   前記可動部がいずれか一方の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介して前記シャフトを回転させる第１モードと、前記モータが前記減速機を介さずに前記シャフトを回転させる第２モードとに切り替わるように構成され、
   前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、および前記固定部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、駆動ユニット。
3. 請求項２に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記ロータが、ロータ軸受部を介して前記シャフトに回転可能な状態で支持されていて、
   前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、前記固定部、および前記ロータ軸受部が、前記回転軸に対して略垂直な方向に一列に並ぶように配置されている、駆動ユニット。
4. 請求項３に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記ロータは、複数の磁石を有し、
   前記複数の磁石が、前記ステータの外周部分と対向している、駆動ユニット。
5. 請求項３に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記ロータは、底壁の半径よりも周壁の高さの方が小さく形成されるとともに、中心が前記回転軸に一致する有底円筒形状のロータケースを有し、
   前記ロータ、前記ステータ、前記サンギヤ、前記複数のプラネタリギヤ、前記インターナルギヤ、前記可動部、前記固定部、および前記ロータ軸受部が、前記ロータケースの内部に収容されている、駆動ユニット。
6. 請求項５に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記ロータケースは、前記ロータ軸受部に支持される軸支部を更に有し、
   前記軸支部が前記サンギヤを兼ねている、駆動ユニット。
7. 洗濯機であって、
   筐体の内部に設置された固定槽と、
   洗濯物を収容するとともに前記固定槽の内部で回転する回転槽と、
   請求項２～請求項６のいずれか１つに記載の駆動ユニットと、
   を備え、
   前記固定槽の底部に前記ユニットベースが取り付けられ、
   前記固定槽の底部を貫通した前記シャフトが前記回転槽に固定されていて、前記回転槽が前記回転軸を中心に回転する、洗濯機。
8. 請求項７に記載の洗濯機において、
   前記駆動ユニットを制御することにより、少なくとも洗い、濯ぎ、および脱水の各工程を行う制御装置を更に備え、
   前記制御装置が、前記洗いおよび前記濯ぎの各行程で前記第１モードに切り替えるとともに、前記脱水の工程で前記第２モードに切り替える、洗濯機。
9. 請求項７または請求項８に記載の洗濯機において、
   前記回転軸が、水平方向に対して傾斜した方向または略水平方向に延びるように配置される、洗濯機。

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