JPH1043473A - 洗濯機のための動的バランス方法の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋回−脱水状態が開始した瞬間から旋回−脱
水に要求される高速回転にドラムが到達する瞬間までの
間、洗濯機の懸架洗濯用アセンブリはひどくアンバラン
スなままであることである。 【解決手段】 揺動洗濯アセンブリとを具備した家庭用
の衣類洗濯機であって、アセンブリは、種々の速度で駆
動可能な回転ドラム３を有し、ドラム３に固定された複
数の環状中空体２を具備し、中空体２内を自由に移動可
能な複数の移動質量体１を有する。少なくとも、旋回−
脱水状態以前には、連続状態で、可変の、比較的低速度
で単一、同一回転方向に駆動回転され、回転速度は、揺
動洗濯アセンブリの共振数より小さく、いずれにして
も、ドラム３内の洗濯物をドラム３の内周面に付着させ
るのに十分な速度である。移動質量体１が、アンバラン
スな状態の洗濯物に実質的に対向する位置にそれらの重
心が位置するように配置するのを達成すると、すぐに、
ドラム３は所望の旋回−脱水速度で回転を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は洗濯機に関し、特に
家庭用の、ドラムの動的バランスをとるための改良され
た装置を備えた洗濯機に関するものである。本発明は、
前面積め込み式の衣類洗濯機を参照して説明され、かつ
より好適で簡便な例を理由として、そのような形式の洗
濯機について下記の記載において実際上言及されるが、
本発明が、他のタイプの洗濯機、例えば上部積め込み式
の洗濯機にも好適に適用できることは理解されるであろ
う。

【０００２】

【従来の技術】設計技術者が、洗濯機、特に家庭用の洗
濯機の設計において対処せねばならない主な問題のひと
つが、洗濯物からすすぎ水をすばやく脱水するために行
う旋回−脱水時において、洗濯物を入れたドラムのバラ
ンスをとることにあるのは周知のことである。このよう
な問題は、特にドラム内の洗濯物がむらなく入れられて
いないとき、すなわちバランスよく入れられていないと
きに特に感じられ、そのため、望ましくない、時にはと
ても受け入れることのできないドラムの振動が発生す
る。この振動は、さらに洗濯機の洗濯槽へ、次いで洗濯
槽から外部ケーシング全体へと伝わる。この問題は従来
から広く知られており、したがって、これ以上の詳しい
説明はしない。

【０００３】この問題を回避するために提案された種々
の解決手法のうちの幾つかの手法は、アンバランスな洗
濯物の遠心力に対して、等しい力の、しかし反対方向の
ベクトルのアンバランス状態を対抗させる、力学的なタ
イプの解決手法に基づくものであった。

【０００４】このような解決法は、例えば、フランス国
特許第１，２１３，０６７号、スイス国優先日、１９５
７年１１月８日、同じくイタリア国特許第１１０８３６
７号、日本国優先日、１９７８年１月１２日、に記載さ
れている。上記特許の公報には、洗濯機、特に家庭用ま
たは大型住宅用洗濯機のドラムに力学的バランス調整装
置を施すことが記載されている。この調整装置は、ドラ
ムに付随した環状中空体を有し、この中をスライドする
バランス用質量体を含み、この質量体が、むらがあるよ
うに入れられた洗濯物によって引き起こされるドラムの
アンバランスな動きに対抗するような位置にそれら自体
が配設可能とされている。

【０００５】このような解決法は、効果的ではあるが、
幾つかの理由によって実施することが困難である。この
理由は下記ａ）ｂ）ｃ）のごときである。 ａ）洗濯物が非常にバランスのよい初期状態において、
もし中空体にバランス用質量体の動きを適当に伝える、
もしくは減速させる液体がない場合には、またはいずれ
にしろ適当な制動装置がない場合には、アセンブリ全体
をバランスのとれた状態に維持するために、バランス用
質量体は実質上で不規則に、しかし環状中空体の円周に
沿って相互に対向位置に分散しがちになる。しかしなが
ら、質量体がとる位置が実質上不規則であるというまさ
にこの事実によって、次のことが認められる。即ち、こ
れらの動きの不規則性、質量体を入れるリングの組立体
の公差、および起こり得る歪みによって、極く僅かなア
ンバランス状態でさえ生じる振動によって、質量体が動
き回り始める、再度バランスを取るための反動が、新た
なバランス位置を求めるまで、即座に引き起こされる。

【０００６】この新しいバランス位置の”模索”の間
に、質量体は、極めて簡単にぶつかり合い、これは破壊
的でさえあるのだが、これによってかなりの騒音が引き
起こされる。その時そのような新しいバランス位置が見
つかったとしても、その後、長期間その位置を維持する
ことはない。これは、洗濯物が次にほんのわずかでもア
ンバランスとなると、上述の再バランス運動を新たに始
めるからである。

【０００７】これは事実上全体的に不安定な状態が生じ
ることを意味している。この状態において、洗濯機はそ
の作業サイクル全般に亘ってアンバランスな状態とバラ
ンスを再度求める状態とを繰り返しがちになる。このよ
うに振動を完全に抑制することは決してできず、一方、
洗濯機はかなりの騒音を周期的に発生し続けるので、こ
れは実際上困った状態となる。

【０００８】ｂ）構造の全体的強度を増し、前記中空体
の装置を収容せしめるためにはドラムの設計に適切な修
正を加えることが実際上必要である。前記中空体は事実
上、前記バランス用質量体の実際の重量によってかなり
の遠心力でドラムの壁を押圧しやすい。

【０００９】ｃ）これまで使用されてきた環状中空体は
一般にやや軽めの材質で作られており、そのためバラン
ス用質量体による遠心力である程度変形され易い。中空
体に生じるそのような変形の結果、洗濯物のアンバラン
スな状態を再度バランスのとれた状態にすることを可能
とするため、バランス用質量体が最適な位置まで移動す
ることが実際上妨げられ、最終的には前記バランス効果
は不完全かつ部分的なものとなる。

【００１０】“BALANCE TECHNOLOGY LIMITED PARTNERS
HIP LA PLAIDERIE TRUST CO.LTD.”の国際特許ＷＯ９３
／２３６８７にも衣類洗濯機が記載されており、この洗
濯機には、軸の回りを回転する防水洗濯槽に付随した複
数の中空体が設けられている。前記中空体は、その内部
を移動せしめられる複数のバランス用質量体を有してい
る。前記質量体は、考えられた異なる中空体に応じて異
なったサイズに作られている。上記の解決手法は、実際
上全く役に立たない。異なるサイズを有する移動バラン
ス用質量体を使用することがバランス作用の少しの改良
に結び付かないことが立証されているからであり、そし
て結局、普通の大型居住用洗濯機の設計における洗濯槽
は回転式ではなく、静止式であり、補正を必要とするア
ンバランス状態は多孔ドラムに生じ、洗濯槽それ自体に
は生じないからである。

【００１１】さらに、もし異なった特定のサイズの中空
体およびそれぞれのバランス用質量体を作製し、かつ使
用するとすれば、かなりの構造的な複雑さを受け入れな
ければならない。

【００１２】実際、上記の特許の対応米国出願は放棄さ
れ、一方、その一部継続出願である米国特許第５，４６
０，０１７号が出願されたが、しかしながら原特許明細
書に関して何ら実質的な修正および改良は含まれていな
い。いずれにしろ、上記の一部継続出願には、力学的バ
ランス方法の実際的な事項を取り扱ったかなり多数の余
すところのない特許のリストが示されている。

【００１３】Whirpool Corporationにより出願されたヨ
ーロッパ特許出願第０６０７６７８号にも本質的に複数
の環状中空体からなるバランス調整装置が開示されてお
り、環状中空体はそれぞれ液体のバランス用質量体で満
たされている。

【００１４】しかしながら、広範囲にわたる徹底的な実
験において、このような解決法は、事実上バランス用質
量体の流体の性質のためにアンバランス状態を軽減する
にはほとんど効果のないことがわかった。これはバラン
ス用質量体が中空体の全周にわたって分配される傾向が
あり、そのためにバランス効果が軽減されるからであ
る。

【００１５】バランス用質量体を有する中空体に設けら
れたバランス調整装置が、同出願人により出願されたイ
タリア特許出願ＰＮ９５Ａ０００００５号にも記載され
ている。ここで、前記中空体には、最も可能性のあるバ
ランス効果を考慮して、前記質量体を好適な位置に集ま
りやすくする突出ローブが設けられている。

【００１６】しかしながら、上記解決法は、最も可能性
のあるバランス用質量体の調整を促進するのに効果的で
はあるが、技術−製造および経済的な性質の両方の点で
疑う余地のない、明らかな禁忌事項である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】さらに、同出願人よっ
て出願されたイタリア国特許出願ＰＮ９４Ａ０００００
５２号においてバランス用質量体を入れた中空体に具備
されたバランス調整方法が記載されている。この出願に
おいて、前記バランス調整方法では、液状潤滑剤の最適
状態、バランス用ローラのサイズと数、ローラと、ロー
ラが回転するそれぞれの環状空間との大きさの比率、環
状空間即ち中空体の数、およびそれら相互間とバランス
されるべきドラムとの幾何学的配置を特定することがで
きる。

【００１８】前記特許明細書は、力学的バランス調整方
法の実現可能性に対して事実上重要な一助となるもので
あり、この方法は市場に提供される衣類洗濯機に事実上
関連しうるものである。これは、この調整方法のバラン
ス効果を実質的に改善するのに必要な最適な構造的特性
を事実上特定しているからである。しかしながら、この
得ることのできる改善事項は、ただ旋回−脱水状態の間
の力学的自己−バランス運動に事実上限定される。換言
すると、ドラムが、通常の洗濯物で満たされた懸架洗濯
用アセンブリの自然共振振動数よりかなり高い回転数で
回転しているときに制限される。また、これは、ドラム
の回転数がかなり低い、換言すれば、通常の洗濯、即ち
僅かに高い回転数の状態のときではない。

【００１９】このような制限があるため事実上次のよう
な結果となる。即ち、旋回−脱水状態が開始した瞬間か
ら旋回−脱水に要求される高速回転にドラムが到達する
瞬間までの間、洗濯機の懸架洗濯用アセンブリはひどく
アンバランスなままである。そのため、旋回開始におけ
る過渡期の間、当業者にはすぐわかる従来の欠点がでて
しまう。そして、特に、先に引用した力学的バランス調
整方法がその作用を効果的に出し始める前の旋回開始に
おける過渡期の間に発生する激しい振動を軽減するため
に、懸架洗濯用アセンブリに取付けられ、緊密に関連す
る、固体慣性質量体の必要性をなくすことができない。

【００２０】したがって、力学的自己−バランス手段を
具備した前記ドラムの構造を改善することが望ましく、
事実上、それが本発明の目的である。この手段は、制限
された運転条件下において、旋回−脱水時の回転数より
かなり低い回転数でドラムが回転するときにも、洗濯用
アセンブリの自己−バランス作用を招来することが可能
である。これは、旋回開始の過渡期の間、よく知られた
欠点を惹起することなく、旋回−脱水状態のための加速
回転を開始することを可能とし、そして、したがって、
前記旋回−開始運転状態の間に誘起される振動を減衰す
るために通常設けられるカウンターウエイト質量体の必
要をなくすることができる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的およびさらなる
目的はこの記載においてより詳しくさらに説明される。
これら目的は、いろいろの速度で回転せしめられるドラ
ムからなる懸架洗濯用アセンブリと、複数の環状中空体
とを具備する洗濯機に及ぶ。環状中空体はその中に粘性
液体を収容し、前記ドラムと緊密に協働するように取付
けられている。また、前記環状中空体にはその内部を自
由に滑動可能な複数の移動質量体が収容されている。こ
こにおいて、少なくとも旋回−脱水状態以前に、ドラム
は駆動されて、前記懸架洗濯用アセンブリの共振振動数
より低い、可変の、比較的低速で連続状態の回転を開始
する。しかし、いずれにしろ、その速度は、ドラム内の
洗濯物が、遠心力の影響によってドラムの内周面に付着
した状態を保持するのに十分な速度である。

【００２２】それから、移動質量体が、洗濯物のアンバ
ランス状態に実質的に対抗する位置にそれらの重心が位
置するように分配されると即座に、ドラムは所望の高速
の旋回−脱水速度で回転できるようになる。

【００２３】別法によれば、ドラムは、前記比較的低速
の回転を所定時間経た後、旋回−脱水速度での回転を開
始してもよい。前記所定時間は、ドラムが高速の旋回−
脱水速度の回転を開始するときに、前記移動質量体の重
心が洗濯物のアンバランス状態に実質的に対抗する位置
にあるように、予め計算される。

【００２４】本発明およびその特徴は、上記請求の範囲
および下記の、限定されることのない例の説明、添付の
図面を参照して、より容易にかつ明瞭に理解されるであ
ろう。

【００２５】

【発明の実施の形態】下記の説明において、用語”リン
グ”と、用語”環状中空体”は、これらの用語を択一的
に使用することが説明の全体的な理解可能性に影響を与
えるものではなく、当業者が容易に理解されるように、
用語が実際に使用される文脈によって、同じ意味を表す
ものとして用いられる。

【００２６】力学的バランス装置は、次のような環境を
ベースとしていることが知られている。即ち、典型的な
高旋回−脱水速度において、これは懸架式洗濯槽アセン
ブリの共振振動数より高いのだが、バランス用質量体
は、洗濯物がアンバランスに位置する位置に対して丁度
反対側の位置に自発的に移動しようとし、そのため、そ
れらは殆ど即座に自動バランス要素に変化する。

【００２７】このようなプロセスは、その最も重要な実
際的でかつ理論的な面における全てにおいて一般的に知
られており、また、次の事実に基づくものである。即
ち、旋回−脱水時のアンバランスな洗濯物によって引き
起こされる力学的アンバランスのかなりの範囲は、バラ
ンス用質量体に対して力の方向および大きさを分け与
え、このバランス用質量体を、アンバランスな洗濯物に
関して対向位置にそれら自体を移動せしめ、調整するこ
とを可能とすることにある。

【００２８】いずれにしろ、次のことが判明し、事実上
これが本発明の基本をなすものである。即ち、既に周壁
に付着したアンバランスな洗濯物が入ったドラムが低速
で回転している時でさえ、バランス用質量体は、適切な
条件下において、ドラムの軸線方向に関連して、アンバ
ランスな負荷の重心位置に対向する位置に移動し、それ
自身を調整しようとすることである。

【００２９】実際上、この説明の中でさらに詳細に記載
されるであろう特定の条件下において、同様な自己−バ
ランスプロセスが、より高速の旋回−脱水速度において
起こる。このようなプロセスは、物理の法則と明らかに
矛盾しているので、すぐには理解されないかもしれない
が、実験的および理論的な両見地から徹底的に検討され
た。

【００３０】本発明の内容をより良く説明するために、
全ての考察、評価、数学的モデル、およびそれらに関連
した処理、実験、結果、および解釈が、下記において実
質的に、原因、効果、および最終的な意図の間における
論理的な関連性の形態で説明される。したがって、当業
者が本発明の特質および条件、またその範囲について理
解することに困難さを見い出すことは決してないであろ
う。

【００３１】本発明は、高速旋回−脱水時における力学
的バランス運動に採用された形態、即ち、ドラムに一体
に結合され、かつ関連する軸線が同一になるように配置
された１つ以上の環状空間からなる形態と実質的に同一
な形態に基づき、前記環状空間には、例えば小さな円
板、円筒、または球のような従来公知の、複数のバラン
ス用質量体が収容される。

【００３２】始めに、次のことが実験的に見い出され
た。即ち、ドラムが低速回転しているときには、バラン
ス用質量体は３つの異なった挙動パターンを有し、これ
らの異なった挙動パターンによって、位置決め、そし
て、そのために、自己−バランス作用に関してそれぞれ
異なった結果となる。

【００３３】これらの挙動パターンを、先ず定性的に、
次いで、定量的形態の数学的モデルにより説明する。 Ａ）本発明の定性的説明 全ての付帯的状況において、バランス用質量体の挙動パ
ターンは、質量体が、潤滑剤として作用する媒体に沈
み、また、部分的にのみ沈んだとしても、流動化した
層、好ましくは下記にて説明する特性を有する液体によ
ってそれらに付与された粘性的力の影響下のもとで、お
のおののリング内を移動するという事実に基づくもので
ある。

【００３４】リングがドラムと一緒に回転するにつれ
て、上記の液体は、順にリングの内壁との摩擦の影響に
よって流動する。したがって、間接的に、バランス用質
量体はドラムの回転によって押され、静止時のドラムの
最低位置より高い位置まで移動する。

【００３５】液体の強制的な流動はもちろん重力によっ
て妨げられ、そのためドラムは約１００ｒｐｍの速度で
回転すると推測される。これは、洗濯物が回転するドラ
ム周壁へ付着しうるのに事実上十分な速度である。

【００３６】説明を簡単にするために、下記の説明では
単一のバランス用質量体について行うが、その結果が複
数の質量体に等しく適用されることは全体として極めて
明瞭なことではある。より正確にいうと、この結果は、
上記質量体の重心に事実上関連するものである。

【００３７】実際問題として、３つの状態が発生しう
る。 １）もし液体の粘度が非常に低いと、ドラム３と一体の
中空体２の内部に位置したバランス用質量体１に作用す
る引きずり効果は、前記質量体がドラムと共に回転する
のに十分でなく、そのため、前記質量体は、ドラムの軸
線を通る鉛直線に対してある角度”ａ”で停止する。
（図１（ａ）参照） それに対して、アンバランスな質量体がドラムと共に回
転すると、図１（ｂ）に示すような、アンバランスな質
量体と洗濯物とが対向する状態に、きわめてすぐに到達
するが、しかし、前記バランス用質量体がその位置に実
質上静止していることにより、対向状態の配列となった
瞬間に、洗濯物がそれをすぐに追い越すように移動して
しまうため、ドラムが高速旋回−脱水速度で回転を開始
するのに十分な時間は残されていないことは明らかであ
ると思われる。

【００３８】個々の要素（回転速度、粘度等）の影響を
徹底的に究明するために広範囲の実験を行った過程にお
いて、他の条件は全て等しいとして、液体の粘度が高く
なればなるほど、バランス用質量体が引きづられる角
度”ａ”は大きくなることが明らかとなった。液体の粘
度が、前記質量体が角度ａ＝９０°以上に移動するため
に必要とする値よりほんの少し下である場合、ａ＝９０
°以上に移動するのに必要な推力をディスクに付与する
ためにドラムの回転速度をほんの少し上げる必要のある
ことが実験的に明らかになった。

【００３９】この付加的な加速は、ドラムの各回転数で
速度制御調整装置を介して駆動モータに負わせうるか、
もしくは、図１（ｂ）に示すように、洗濯物がドラムの
左側にかたまっている間にドラムを下方に引くまたは押
し、そのため、ドラムが反時計方向に回転すると仮定し
て、重力の作用によって落下しようとするアンバランス
な洗濯物４によって自然に発生する。両方のケースにお
いて、角度ａ＝９０°を通るバランス用質量体の移動は
ドラムの回転と強制的に同期され、洗濯物は、ドラムの
中心に関して、ディスクの位置の反対側の位置にそれ自
体を配置させる。

【００４０】上述したプロセスは本発明の事実上の核心
を表している。実際に次のことが明らかになった。即
ち、洗濯物が下方へ、即ち下降している状態の時におけ
るドラムの回転速度の加速と、および洗濯物が上方へ、
即ち上昇している状態の時における対応した減速との影
響によって、バランス用質量体は、静止状態の洗濯物に
関して反対側にあり続けようとし、もしくは、少なくと
もドラムに対して必要な旋回−脱水速度を与えるのに十
分な期間、そこにあり続けようとする。換言すると、そ
の速度とは、強制振動の理論から一般的に良く知られて
いるように、そのような配置に自動的に到達し、維持さ
れるので、２つの対向する要素の相互の位置を強制する
必要性はもはやない速度である。

【００４１】ドラムの加速および減速の効果は、洗濯物
に作用する重力の結果として両方とも自然に得ることが
できる。洗濯物は、ドラムの内面に実質的に付着するの
で、加速および、したがって、その速度を、それに応じ
てドラム駆動モーターを制御することによってドラムの
速度を直接的に強いることにより左右する。

【００４２】２）もし、その反対に、液体の粘度が非常
に高ければ、バランス用質量体は、上方に、その移動路
の頂点まで容易に引きづられ、その後、下方に”落下す
る”、もしくは降下状態となる。重力の影響で、前記質
量体が上昇している間、その動きはドラムに対して遅
れ、落下している間、その動きは反対に加速される。

【００４３】しかしながら、高粘度によってもたらされ
るかなりの引きずり作用のために、バランス用質量体と
アンバランスの洗濯物との対向配列が生ずる状態は実際
上起きることはなく、これによって、事実上、所望の自
己−バランス効果は、低回転速度でさえ得ることが妨げ
られる。

【００４４】また、この場合においても、ドラムをその
各回転時に加速することによって、ディスクの加速およ
び減速は、所定の角度”ａ”に到達したときに相互に補
償する傾向がある。所定の角度”ａ”は、（所定の回転
速度に対する）媒体の粘度およびドラムの速度が変化す
る実際の状態による。この安定化の理由は、直感的には
理解できないだろうが、事象の数学的処理から明らかに
なる。

【００４５】３）最後は、図２（ａ）の例によって説明
されるように、中間の粘度の状態であり、それゆえ、液
体の粘度は、ａ＝９０°を超えた地点までバランス用質
量体を引きずるに十分高く、しかし、ドラムの最初の回
転で静止状態から加速するには不十分である。ドラムの
最初の回転の間、ディスクは徐々に加速され、その速度
がａ＝９０°を超えるに十分になるまで加速される。ド
ラムがさらに回転を保持するに伴い、前記質量体は、ア
ンバランスな洗濯物の反対側に位置するまで、徐々に移
動し、そして、そのバランス位置を超える前に、その位
置に短時間、一般的には数秒間、居続ける。

【００４６】しかしながら、この点に関する知見から全
ての当業者は、下記のことを間違いなく理解できること
であろう。即ち、低速回転時におけるドラムのバランス
をとることを可能とするために、機械の種々の操作パラ
メータおよび条件は、機械、ドラム、中空体、バランス
用質量体（数、配置、質量即ち重量、関連する中空リン
グ内の配置）、引きずり媒体の一般的な特性によるだけ
でなく、ドラムの低速回転時の前記バランス効果に最も
影響を与えるその他の全ての要素によっても選択され
る。

【００４７】したがって、所望の低速バランス状態を実
際に達成する、適当に組み合わされたときの、前記要素
の値を、各形式の装置に対して確認するために、そのよ
うな全ての要素について徹底的な連続した比較実験が行
われた後にのみ、本発明に適用できることは全く明らか
なことである。しかしながら、ここに記載される知見に
よって、比較される変数を伴う上記の実験は、全ての当
業者にとって可能な範囲内にある。

【００４８】Ｂ）本発明の定量的説明 既に指摘されたように、前述の位置が決まるいろいろ過
程は、数学的モデルを用いて説明することができる。こ
こで、先ず、ドラムと、ディスクとして表される単一の
バランス用質量体の動きの微分方程式が立てられ、それ
から、特定のケースが前記方程式に基づいて個々に処理
される。実際には、数個のディスクが、それらのうちの
一つのみではなくて、使用されるであろうから、モデル
の論理的有効性は制限されたものとなることは理解され
るであろう。しかしながら、数個のディスクを用いてな
された実験による確認においては、単純化された説明の
有効性が証明された。

【００４９】Ｂ１）幾何学的配列と注釈 図２（ｂ）を参照すると、モデルは、時間と共に変動す
る角速度ωｂで回転するドラムに関連する。ドラムに
は、質量体”ｍ”を有するディスクを含むリングが設置
されている。質量体は粘性液体内に漬かり、角速度ωｍ
で回転する。ディスクと液体との間の摩擦力Ｆａは、前
記液体の粘度、およびリングとディスクの断面の形と大
きさによって決まる。その全体的な作用効果は摩擦計数
λに集約される。

【００５０】ドラムの周面にはアンバランスな洗濯物の
重量がかかり、洗濯物は、ドラムの回転によって発生し
た遠心力によってあるべき位置にあり続ける。遠心力
は、ドラムとリングの円周に対して直角に作用するの
で、モデルでは考慮しない。したがって、遠心力は運動
に影響を与えることはない。

【００５１】洗濯物とディスクの両者とも重力、即ち円
周に関して接線方向に作用する分力を受ける；Ｆｂ，Ｆ
ｍ．ドラムの運動とディスクの運動は、それらの相対速
度に応じて、両者を加速もしくは減速する粘性液体を介
して相互に作用し合う。図２（ａ）から明らかに推断で
きるように、ドラム（即ち、洗濯物）とディスクの両者
の位置は、ドラムの軸線を通る鉛直線上の最も低い位置
から計測が始められる。

【００５２】Ｂ２）運動の方程式 ディスクは次の力を受ける： リングの関して接線方向の重力

【数１】 したがって、

【数２】 ここで、ｇ＝重力による加速度

【００５３】摩擦によるドラッギング（引きずり）力

【数３】 即ち、ドラムとディスクの角速度の差に比例する。これ
らの二つの力がドラムの軸線回りの回転モーメントを決
定する：

【数４】

【００５４】同様に、洗濯物に作用する重力によって生
じるモーメントに対しては次の方程式が引き出される。

【００５５】

【数５】 トルク・アームは洗濯物とディスクの両者共、”ｒ”に
等しいと考えた。運動はモータのトルクＬｍｏｔによっ
て発生する。式をまとめると、洗濯物とディスクについ
て、下記の２つの運動の方程式がそれぞれ得られる。

【００５６】

【数６】

【００５７】モータから伝えられるトルクは、３つの方
法でモデルに導入できる： トルク／回転速度特性を介して：

【数７】 図８のグラフに示されるように、この方法は、非制御モ
ータに適用する。

【００５８】速度制御装置によって調整を行うことに
よって：現在の洗濯機に用いられているように、比例・
積分（ＰＩ）制御器を上記の例に用いる。その特性は：

【数８】

【００５９】ドラムの速度を変動させることによっ
て。この場合、モータのトルクは予め選択された速度プ
ロファイルの追従を可能とするに十分な大きさとする：

【数９】 ここで、ａ＝一定。

【００６０】上記のプロファイルは図９に示される。

【００６１】この場合、プロファイルは装置内に入力情
報として入れられるので、ドラムの速度を計算するのに
使用される上記微分方程式は必要ない。角度φｂは、ω
ｂの式を積分することによって計算できる：

【数１０】 変数φｂは、被積分関数と、従属変数として左側の両方
に現われ、したがって、積分は、φｂ＝０から始まる、
数値上の反復法によって行わなければならない。

【００６２】Ｂ３）数学的モデルの適用 上記の運動方程式は、”正弦”下の変数が存在するため
に正確な方法で解くことができないと考えて、ＶＩＳＳ
ＩＭシミュレーション・プログラムが用いられる。これ
には数積分のブロックが含まれる。

【００６３】Ｂ４）ドラムの速度を変化させること 上記の方程式を組み合わせることによって：

【数１１】 そして、強制された方向のωｂをＬａの式に挿入し、一
方、Ｌｍｇの式をも用いて、ディスクの運動に対する微
分方程式を得る：

【数１２】 式は、周期的力を受けて減衰した振動子の式に幾らか似
ている：

【数１３】

【００６４】異なるところは、この場合、”ｘ”は一次
系として現われ、ωが定数であることである。減衰した
振動子は、もしωが装置の共振振動数を超えた位置にあ
るならば、付与された周期的力に関して１８０°の位相
のずれを示す運動を行うと考えられることが知られて
る。定性的方法においては、この結果によって、リング
内のディスクがなぜドラムの周期的運動に対する位相の
ずれを起こすようになるかの理由をも説明できるであろ
う。運動方程式は、数値的方法により解けるが、その場
合の例として考えられる数値を選択し、下記の表に示
す。

【００６５】

【表１】

【００６６】結果が図３（ａ）〜（ｇ）に示される。摩
擦係数の全変動範囲にわたって、ディスクがある期間を
経過した後、リング内で初期的に占めていた位置に関し
て１８０°変位した位置をとる傾向がどのようにあるか
を、はっきりと見ることができ、摩擦が大きくなればな
るほど、ディスクが前記の位置に到達するのに要する時
間がより長くなる。

【００６７】ディスクがリングに対して移動する状態を
より簡単に理解するために、ディスクの動き始めと、そ
の”対向”位置に到達したときの２秒の短い時間内にお
ける運動が図４（ａ）〜（ｆ）に示されている。リング
が減速したとき、また、ディスクが円周の上昇部分に位
置するために重力によって減速されるという事実によっ
て、その過程の最初の部分において、ドラムとディスク
の位相差がまだ小さい時、速度差（ωｂ−ωｍ）が、ど
のように複雑な推移を示すかが見ることができる。逆
に、リングが加速したとき、ディスクは、円周の下降部
分にあって、重力の助力を受けるため、ある大きさまで
さらに加速され易くなる。

【００６８】一方、”対向”運動に関連したグラフにお
いて、次のことをはっきりと見ることができる： リングが減速したとき、ディスクは、下降しているの
で、加速する； リングが加速するとき、ディスクは、上昇しているの
で、減速する。 恐らく、ディスクの加速と減速はそのような関係で相互
に補償し合い、それによって、ドラムに対して不変の位
相差（φｂ−φｍ）を維持するのである。

【００６９】Ｂ５）洗濯物に対する重力の作用によって
生ずるドラムの速度変動：比例＋積分（ＰＩ）制御の適
用 上記にて考察されたケースにおいて、ドラムの運動の変
動は、モータの速度制御によって強制的に行われた。一
方、ＰＩ制御器を採用した、モータの速度制御によっ
て、一定速度を維持しようとするケースが、下記におい
て検討される。さて、回転するドラム内の洗濯物が上昇
しつつあるとき、重力がドラムを減速する。反対に、洗
濯物が下降するとき、ドラムは加速される。したがっ
て、ドラムに付与される運動は、上述したケースにおい
て検討したものに似ている。

【００７０】しかしながら、上記にて検討したケースと
比較すると、重要な相違がある。即ち、ディスクが移動
して洗濯物の対向位置に到達しようとするに伴い、即
ち、１８０°の位相のずれが生ずるまで移動するに伴
い、同ディスクは洗濯物とバランスを取り始める。これ
によって、実際上、ドラムに付与される速度の周期的変
動の大きさが軽減される。または、さらに良いことに
は、ディスクと洗濯物が完全な平衡状態にある場合、そ
の周期的変動は零になる。

【００７１】事実上、数値的シミュレーションにおいて
は、パラメータの全ての組み合わせに対して、そのよう
なプロセスは起こらないことが分かった。即ち、あるケ
ースにおいて、１８０°の位相のずれに到達したとき、
同じ位相のずれはゆっくりと大きくなり続ける。したが
って、そのような特定のケースにおいては、”向かい合
わせになる”位相のずれは、制限された期間に対しての
み使用されうる。ドラムとディスクの角速度の減少、お
よびドラムとディスクとの１８０°以上の、位相差の連
続的な増加の両方が、図５（ａ）〜（ｃ）において認め
ることができる（λ＝１５，ｋ１＝０．０５，ｋ２＝６
０）。ここで、同図（ａ）（ｂ）は１８０°の位相のず
れで、安定化のない場合を示し、同図（ｃ）はドラムと
ディスク間の位相差（φｂ−φｍ）を示している。

【００７２】次の数値積分法の例によって、バランスの
過程に対する制御調整の粘度と厳密性の効果が示され、
一方、例として考慮され選択された数値は次の通りであ
る：

【表２】

【００７３】Ｂ６）粘度の効果 図６（ａ）〜（ｃ）において（ｋ１＝０．０５、ｋ２＝
９５）、３つの異なった粘度に対し、その他のモータ制
御装置のパラメータは全て等しいのだが、ドラムとディ
スク間の相対的運動が時間と共にどのように変動する
か、換言すると、粘度が高くなると、１８０°の位相の
ずれに到達するのにかかる時間が長くなることが示され
る。一方、低粘度では、前記位相のずれがどのように、
数値＞１８０°で安定するかが認められる。もちろん、
最も低い粘度もあるが、それ以下では、ドラムはφｍ＝
９０°を超えてディスクを引きづることは最早不可能で
あり、そのため、ディスクは鉛直線に対してある角度で
そこにあり続ける。

【００７４】Ｂ７）洗濯物に対する重力の作用によって
生ずるドラムの速度変化：モータのトルク／回転数特性
によってもたらされる速度の変化 この方法は、非同期モータに関連した適用可能性に関す
る観点から検討される。このモータは、ＰＩ制御を扱っ
た節で上述したように、洗濯物によって引き起こされる
不安定なモータ速度の変化に対して、予め設定された特
性にしたがって、反動する。

【００７５】図７に、２つの粘度に対する例が示される
（λ＝１５）。ここでは、図１０に示されたモータ特性
が用いられる。位相差（φｂ−φｍ）の経路から、ドラ
ムが１００ｒｐｍの速度まで加速され、かつディスクが
ドラムの動きにまだ従動できない間の数秒間の調整期間
の後、どのように位相が変化し始めるかが認められう
る。その挙動は比例法で制御されたモータを有する一つ
の典型的なケースに非常に類似している。したがって、
この方法を適用する場合、高速旋回−脱水に切り換える
前に位相差（φｂ−φｍ）＝１８０°となるのを待つこ
とが必要となる。

【００７６】本発明は、一般的に知られた用語を用い
て、好適な実施例として説明したが、当業者が、この発
明の教示を用いることによって幾多の変形例および変更
例を案出することができることは理解できることであろ
うから、これらによって本発明が制限されることを意図
するものではない。したがって、上記の特許請求の範囲
は、当業者にとって明らかに容易な、明瞭に本発明の範
囲内にあるすべての変更例を包含することを意図したも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は初期回転状態におけるバランス用質量
体および洗濯物の配置を示す説明図、（ｂ）は低速回転
を始めてからある時間経過後の同一物の配置を示す説明
図である。

【図２】（ａ）はバランス用質量体と洗濯物とが対向位
置にあるときの配置を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示
されたと同様の状態を示し、本発明の実施例の説明に使
用された参照符号を用い、しかしさらに詳細に示した説
明図である。

【図３】（ａ）は粘度λが１０であるときの洗濯物およ
びディスクの間の位相差（φｂ−φｍ）対時間、度、時
間（秒）を示すグラフ、（ｂ）は粘度λが２０であると
きの同グラフ、（ｃ）は粘度λが４０であるときの同グ
ラフ、（ｄ）は粘度λが５０であるときの同グラフ、
（ｅ）は粘度λが６０であるときの同グラフ、（ｆ）は
粘度λが８０であるときの同グラフ、（ｇ）は粘度λが
１２０であるときの同グラフである。

【図４】（ａ）〜（ｆ）は、バランス質量体と洗濯物の
２つの動きを比較的に示す詳細図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、１８０°の位相変位に
おける不安定な状態を示すグラフである。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、異なる粘度におけるド
ラムとバランス用質量体との位相変位（φｂ−φｍ）を
示すグラフである。

【図７】初期時における位相変位の進展を示すモータ特
性によるドラム回転速度のグラフである。

【図８】洗濯機の運転特性を示すグラフである。

【図９】洗濯機の運転特性を示すグラフである。

【図１０】洗濯機の運転特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ バランス用質量体 ２ リング（環状中空体） ３ ドラム ４ 洗濯物

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部ケーシングと、懸架式回転洗濯アセ
   ンブリとを具備した、特に家庭用の衣類洗濯機であっ
   て、 洗濯槽と、前記洗濯槽内に収容された円筒状の多孔ドラ
   ムであって、洗濯時および旋回−脱水時に前記槽内にあ
   って、円筒の軸線回りを回転可能であるドラムと、前記
   ドラムを種々の速度で回転駆動可能で、かつ前記洗濯槽
   に堅固に取付けられた付属手段を具備したモータとを有
   し、 前記ドラムには、好ましくは断面矩形状の複数の環状中
   空体によって形成された動的バランス装置が具備され、
   前記環状中空体は、密閉された閉ループ形状をなし、か
   つ、前記多孔ドラムの回転軸と同一軸上に前記円筒状ド
   ラムと一体に取付けられ、また、複数の可動質量体が、
   前記中空体内に満たされた、特に油である、限定された
   粘度を有する液体中を自由に移動可能である衣類洗濯機
   において、 少なくとも旋回−脱水状態の前には、前記ドラムは、連
   続状態で、可変かつ比較的低速度で、単一かつ同一回転
   方向に駆動回転され、 前記回転の速度は、前記回転洗濯アセンブリの共振数よ
   り小さく、いずれにしても、前記ドラム内の洗濯物を前
   記ドラムの内周面に付着させるのに十分であることを特
   徴とする衣類洗濯機。
2. 【請求項２】 少なくとも旋回−脱水状態の前には、前
   記ドラムは、連続状態で、前記ドラムの回転に対して、
   最小値と最大値との間において可変である、比較的低速
   度で、単一かつ同一の回転方向に駆動回転され、 前記回転速度は、いずれにしても、前記ドラム内の洗濯
   物を前記ドラムの内周面に付着させるのに十分であり、 前記ドラムは、所定期間、上記の連続状態で回転を維持
   することを特徴とする請求項１に記載の衣類洗濯機。
3. 【請求項３】 前記複数の移動質量体の重心が、アンバ
   ランスな位置の洗濯物に対して実質的に対向位置に位置
   するとき、前記ドラムは高速の旋回−脱水速度で回転を
   始めることを特徴とする請求項１に記載の衣類洗濯機。
4. 【請求項４】 前記ドラムが、連続状態で、可変の、比
   較的低速度で単一、同一回転方向に駆動回転している期
   間において、前記洗濯物が下降経路に沿って落下してい
   る間、前記ドラムはその回転のある部分で加速され、そ
   して、前記洗濯物が上昇経路に沿って上昇している間、
   前記ドラムはその回転のある部分で減速されることを特
   徴とする請求項３に記載の衣類洗濯機。
5. 【請求項５】 前記アンバランスの洗濯物に対して、前
   記複数のバランス用質量体の重心が実質的に対向する状
   態は、ドラム回転速度センサの信号を処理することによ
   って検出することを特徴とする請求項１、３、または４
   に記載の衣類洗濯機。
6. 【請求項６】 前記アンバランスの洗濯物に対して、前
   記複数のバランス用質量体の重心が実質的に対向する状
   態は、前記回転洗濯アセンブリに取付けられた加速度セ
   ンサによって検出することを特徴とする請求項１、３、
   ４、または５に記載の衣類洗濯機。
7. 【請求項７】 前記液体の温度の変化に伴い、前記液体
   はその粘度をほぼ一定の値に維持することを特徴とする
   請求項１から６のいずれかの項に記載の衣類洗濯機。