JP2010125250A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】前、後のアンバランスをより簡単かつ迅速に検知して、前、後のアンバランス異常の判定と、対応に供し、また実行できるようにする。
【解決手段】有底円筒形に形成された回転ドラム２を、回転軸２ａ方向が水平または後部に向け水平方向から下向き傾斜として、弾性支持した水槽３内に設置し水槽３後部のモータ５で駆動する条件にて、制御手段２０が脱水動作での回転ドラム２の回転上昇過程で、振動検知手段４０が出力する複数方向の振動成分の出力信号に基づき、所定の２つの回転速度における、前上下方向の振動成分の振幅と前前後方向の振動成分の振幅の大小関係が両方とも成立した場合に後アンバランスと判定すること行い、後アンバランスと判定した場合、以降の上昇過程において、振動検知手段の出力信号を補正して、アンバランスの大小を検知して、上記の目的を達成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、有底円筒形に形成された回転ドラムを、開口する正面側から底部となる背面側に向けて回転軸方向が水平または水平方向から下向き傾斜となるようにして、弾性支持した水槽内に設置し、水槽の後部に固定したモータで駆動するようにしたドラム式洗濯機に関するものである。

このようなドラム式洗濯機は、本発明の実施の形態を示す図１を参照して、筐体６内にサスペンション構造としての防振ダンパー７０によって弾性支持された水槽３内に、多数の孔が形成された回転ドラム２が開口する正面側から底部となる背面側に向けて回転軸方向が水平または水平方向から下向き傾斜となるようにして配設され、回転ドラム４は水槽３の後部に固定したモータ５によって回転駆動するようにした水槽ユニット７をなし、筐体１の正面側に開閉自在に設けられた扉９を開くことにより水槽３の正面開口部及び回転ドラム２の正面開口部を通して洗濯物を回転ドラム４内から出し入れできるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなドラム式洗濯機は、回転ドラムが前記のように水平または傾斜しているため、回転ドラム内に洗濯物を収納して回転させると、洗濯物や水が下方に偏りがちになるため振動が発生しやすくなる。特に、回転ドラムを高速回転させて洗濯物の脱水を行う脱水工程を実施するとき、洗濯またはすすぎ工程の終了後は、水を含んだ洗濯物が回転ドラム内に収納されており、洗濯物の種類や生地あるいは形状によっては脱水工程の回転時に回転ドラムの偏った位置に集まりやすい状態がある。洗濯物に偏りが生じると回転ドラムを収容する水槽に大きな振動が生じ、洗濯機に異常振動や異常騒音を発生させる。

特許文献１は、この種のドラム式洗濯機において、脱水工程で回転ドラムの回転速度が低速から高速までの広い回転速度の範囲にわたって運転させ、その際に回転軸に沿った前後方向に洗濯物のアンバランスがあると、回転速度によっては回転ドラムに大きな振れ回りが生じて、水槽に衝突して騒音を発生するなどの不具合が生じることがあるとし、特に、回転軸に沿って前側に大きなアンバランスがあると、後側にアンバランスがある場合よりも振れ回りが生じやすいとしている。これに対応する技術として特許文献１は、水槽の複数方向の振動成分を検知可能な振動検知手段が出力する複数方向の振動成分の出力信号に基づいて、洗濯物のアンバランス位置を検知し前側のアンバランス異常に対応できるようにしている。
特開２００６−３１１８８４号公報

ところで、特許文献１が開示しているような回転ドラムの振動源に対し、水槽は共振対象となる。このため、水槽が第１、第２共振点で共振すると、既述した水槽ユニット全体の異常振動の原因となり、異常騒音を発生する。これには、特許文献１に記載の技術のように前アンバランスを優先判定して、対応するだけでは問題が残り、後アンバランスにも限界があるので対応することが重要となる。

特に、アンバランス時の回転ドラムの振動挙動は、アンバランスの前後の別に関係なく、特許文献１が開示しているように後部よりは前部が振れ回るいわゆる擂粉木運動になり、特許文献１に開示の技術視点から見ると、回転ドラムの後部側の振れは小さく、水槽と接触するような心配はないが、モータを固定した重量側の振動源であり、水槽の前部側を
大きく振動させるのはもとより、水槽との前アンバランスとは異なる共振原因になったり、水槽との振動挙動や振動負荷の違いに因る相互の結合部でのダメージとなったりすることがある。

本発明の目的は、前、後のアンバランスをより簡単かつ迅速に検知して、前、後のアンバランス異常の判定と、対応に供し、また実行できるドラム式洗濯機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係るドラム式洗濯機は、有底円筒形に形成された回転ドラムを、開口する正面側から底部となる背面側に向けて回転軸方向が水平または水平方向から下向き傾斜となるようにして、弾性支持した水槽内に設置し、水槽の後部に固定したモータで駆動するようにしたドラム式洗濯機において、前記モータの回転を制御する制御手段と、前記水槽の前部に取り付けられ複数方向の振動成分を検知する振動検知手段とを備え、前記制御手段は、洗濯、すすぎ工程後の脱水動作における前記回転ドラムの回転の上昇過程で、前記振動検知手段が出力する前記複数方向の振動成分の出力信号に基づき、所定の第１の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係と、所定の第２の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係とを用いて、前、後方向のアンバランスの位置を判定し、後アンバランスと判定した場合、以降の前記回転ドラムの上昇過程において、前記振動検知手段の出力信号を補正して、アンバランスの大小を検知するようにしたことを特徴としている。

このような構成では、振動検知手段は水槽上にあって水槽の前上下方向、前前後方向を含む複数の方向に係る振動に対応した信号を出力するが、所定の第１の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係と、所定の第２の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係が後アンバランスかどうかに相関することを利用して、後アンバランスか、あるいは前アンバランスかの判定ができ、後アンバランスであると判定した以降は、水槽の前部に配置された振動検知手段の出力信号を補正して、アンバランスの大小を検知することを特徴とすることができる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。本発明の特徴はそれ単独で、あるいは可能な範囲で複合して採用することができる。

本発明によれば、１つの振動検知手段が出力する２つの出力信号の関係を巧みに利用して、所定の第１の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係と、所定の第２の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係で、後アンバランスか、あるいは前アンバランスかの判定ができ、後アンバランスであると判定した以降は、水槽の前部に配置された振動検知手段の出力信号を補正して、アンバランスの大小を検知するので、水槽の前部に取り付けた１つの振動検知手段でアンバランスの大小を正確に検知でき、かつコストの低減も実現することができる。

以下本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機につき図１〜図５を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

図１に示す本実施の形態に係るドラム式洗濯機１は、洗濯機筐体６内に水槽ユニット７を収容している。水槽ユニット７は水槽３内に回転ドラム２を収容し、回転ドラム２の回転軸２ａは水槽３の背面に設けられた軸受６８で支持すると共に回転軸２ａにドラム駆動用のモータ５を軸受６８上で連結している。回転ドラム２は水槽３と共に、開口する正面側から底部となる背面側に向けて回転軸２ａの方向が水平または水平方向から下向き傾斜となるようにして配置している。水槽ユニット７はその背面側に軸受６８やモータ５などの重量の大きな構成要素が取り付けられているため、重心Ｇの位置は背面寄りになって不安定な状態になる。そこで、水槽ユニット７は防振ダンパー７０により重心Ｇの位置より正面側寄りの下方で支持した上で、槽３の上部に固定された上部支持金具７５と洗濯機筐体６の上面との間に架設した第１のコイルバネ７１により水槽ユニット７を正面側に向けて付勢し、更に防振ダンパー７０による支持高さ位置より下方の背面と、洗濯機筐体６の背面との間に第２のコイルバネ７２を架設することにより、重心Ｇの位置より正面側寄りで防振ダンパー７０により支持された水槽ユニット７が背面側に倒れる状態になることを補正し、制振効果の高い支持構造に構成されている。

本実施の形態のドラム式洗濯機１は、図示を省略しているが回転ドラム２内に温風を送風する送風ファンや温風を生成するヒータなどを設けた乾燥機能を備えたドラム式洗濯乾燥機をなし、洗濯、すすぎ、脱水、乾燥にわたる一連の運転動作を使用者からの指示入力と各部の動作状態監視に基づいて制御するため、図２に示すような制御手段２０が設けられている。

制御手段２０は、交流電力３１を整流器３２により整流し、チョークコイル３３及び平滑コンデンサ３４からなる平滑回路により平滑化された直流電力を駆動電力として、インバータ回路２６によりモータ５を回転駆動すると共に、入力設定手段２１から入力される運転指示及び各検知手段により検知される運転状態の監視情報に基づいてドラム駆動モータ５の回転を制御し、負荷駆動手段３７により給水弁１４、排水弁１３、送風ファン１７、ヒータ１８、１９などの必要負荷の動作を制御する。

モータ５は、３相巻線５ａ、５ｂ、５ｃを有するステータと、２極の永久磁石を有するロータとを備え、３つの位置検出素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃを設けた直流ブラシレスモータとして構成され、スイッチング素子２６ａ〜２６ｆにより構成されたＰＷＭ制御インバータ回路２６により回転制御される。位置検出素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃが検出するロータ位置検出信号は制御手段２０に入力され、このロータ位置検出信号に基づいて駆動回路２５によりスイッチング素子２６ａ〜２６ｆのオン、オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ステータの３相巻線５ａ、５ｂ、５ｃに対する通電を制御してロータを所要回転速度で回転させる。なお、制御手段２０は、３つの位置検出手段２４ａ、２４ｂ、２４ｃのいずれかの信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期よりロータの回転速度を内部機能としての回転速度検知手段２４によって算出する。

ところで、上記のように弾性支持された水槽ユニット７の回転ドラム２は、既述したように、回転軸２ａの方向が水平か傾斜していて、洗濯物を収納して回転するとき洗濯物や水が下方に偏りがちになるため振動が発生しやすく、回転ドラム２を図３に示す目標回転速度１０００〜１５５０ｒ／ｍｉｎといった高速で回転させて洗濯物の脱水を行う脱水工程では、特に、洗濯またはすすぎ工程の終了後で水を含んだ洗濯物が、その種類や生地あるいは形状によっては回転ドラム２の偏った位置に集まりやすい。洗濯物に偏りが生じると回転ドラムを収容する水槽３に大きな振動が生じ、洗濯機に異常振動や異常騒音を発生させる。

これを、特許文献１が開示しているように回転ドラム２の前部の振れが特に大きく、水
槽３の接触する不具合につき解消するだけでは、水槽３が回転ドラム２からの共振対象となって、１２０ｒ／ｍｉｎ付近での第１共振点、２５０ｒ／ｍｉｎ付近での第２共振点、さらに１０００ｒ／ｍｉｎ以上での共振点などで共振すると、水槽ユニット７全体の異常振動の原因となり、異常騒音を発生することに対応できないし、異常騒音の面では、前アンバランスのほか、後アンバランスにも限界があって双方に対応する必要がある。また、アンバランス時の回転ドラム２の振動挙動は、アンバランスの前後の別に関係なく、水槽３との前アンバランスとは異なる共振原因になったり、水槽３との振動挙動や振動負荷の違いに因る相互の結合部でのダメージとなったりすることにも対応できない。

そこで、本実施の形態では、水槽３の前部に複数方向の振動成分を検知する振動検知手段４０を備え、制御手段２０は、振動検知手段４０が出力する例えば、回転速度が一定またはある瞬間回転時での前前後方向（ＦＦＲ）、前左右方向（ＦＬＲ）、前上下方向（ＦＵＤ）に係る複数方向の振動成分の出力信号ＦＦＲ、ＦＬＲ、ＦＵＤに基づき、洗濯、すすぎ工程後の脱水動作における図３に示すような回転の上昇過程で、所定の回転速度Ｒ１，Ｒ２地点（Ｒ１＜Ｒ２）での前前後方向の振動成分に係る出力信号ＦＦＲと前上下方向の振動成分に係る出力信号ＦＬＲの大小関係が所定の回転速度Ｒ１ではＦＦＲ＞ＦＵＤでかつ所定の回転速度Ｒ２ではＦＦＲ＜ＦＵＤであれば後アンバランスと判定し、後のアンバランス異常への対応に供するようにする。

このように、振動検知手段４０は水槽３上にあって水槽３の前左右方向、前前後方向を含む複数の方向に係る振動に対応した信号ＦＦＲ、ＦＬＲ、ＦＵＤを出力するが、後アンバランスの場合は１２０ｒ／ｍｉｎ付近の第１共振点でＦＦＲとＦＵＤの大小関係が変化するという特徴があるので、後アンバランスか、あるいは前アンバランスかの判定ができる。

後アンバランスの判定以降は水槽の前部に配置された振動検知手段の出力信号を補正して後アンバランス異常への対応に供することを特徴とすることができる。

このような手法によれば、振動検知手段４０が出力する２つの出力信号ＦＦＲ、ＦＵＤの関係を巧みに利用して、後のアンバランスの場合は前前後方向の振動成分に係る出力信号ＦＦＲと前上下方向の振動成分に係る出力信号ＦＵＤの大小関係が１２０ｒ／ｍｉｎ付近の第１共振点で変化するという特徴を利用して、後アンバランスを判定することにより、以降、第１共振点以降の後のアンバランス異常への対応に供するようにする。

なお、図４に、洗濯物の後アンバランスによる前左右振幅、前前後振幅の時間的変化の違いと、ピーク値の違いを示しているが、前左右振幅と前前後振幅の大小関係が１２０ｒ／ｍｉｎ付近の第１共振点で変化していることをよく表しているし、前左右振幅と前前後振幅との関係から後アンバランスかどうかを判定することができることが分かる。

また、振動検知手段４０を水槽３の前端近傍に設けていることにより、水槽３の前左右方向の振動成分および前前後方向の振動成分が振動検知手段４０の出力信号に反映しやすいといえる。

ここで、１つの実施例を示すと、第１の所定の回転速度は１００ｒ／ｍｉｎで第２の所定の回転速度は１２０ｒ／ｍｉｎとする。１００ｒ／ｍｉｎにおいてＦＦＲ＞ＦＵＤで１２０ｒ／ｍｉｎにおいてＦＦＲ＜ＦＵＤとして上記２条件が両方成り立つ場合のみ後アンバランスと判定する。しかし、これに限られることはない。例えば、１００ｒ／ｍｉｎにおいて大小関係の条件をＦＦＲ＞ＦＵＤ＋５としたり、１２０ｒ／ｍｉｎにおいてアンバランス自体の大小をよく現している前左右方向（ＦＬＲ）を用いてＦＬＲ＜２５のときはアンバランス自体が小さいので前アンバランスでも後アンバランスでも問題にならないの
で、判定しないとすることもできる。

ここで、回転ドラム２の回転を上げながら前、後方向アンバランスの判定、前、後アンバランス異常の判定を伴い、前後バランス異常があるとそれに対応しながら脱水制御を行う場合の一例を、図５に示すフローチャートを参照しながら具体的に説明する。

ステップ１００にて脱水工程がスタートすると、ステップ１０１にて水槽３内の洗濯水を排水する排水動作を行う。その後、ステップ１０２にて偏った衣類などの洗濯物をほぐすために回転ドラム２を第３の所定回転速度（例えば約４０ｒ／ｍｉｎ）で正転、反転動作（ほぐし工程）を行う。次に、ステップ１０３にて洗濯物が回転ドラム２の内面に貼り付く程度の第４の所定回転速度（約７０ｒ／ｍｉｎ）まで緩やかに上昇させる。この後、回転ドラム２の回転速度をさらに上昇させ、ステップ１０４にて回転ドラム２を１次共振回転速度より低い第５の所定回転速度（例えば約８０ｒｐｍ）にて所定時間維持する制御を行う。このとき、回転ムラ、つまり初期アンバランスの有無を検出するが、以降の高速化でアンバランス異常の原因になる程度以上のアンバランスを検出して対応できればよく、アンバランス度が高く後アンバランスも反映している前左右アンバランスで代表してアンバランス状態を判定すれば十分である。なお、前記検出回転速度検出手段（位置検出手段２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）からの信号が所定間隔で出力されないことによっても判定できる。

ここで、所定以上のアンバランスがあると、回転ムラが大きくバランス状態が悪いと判定し、ステップ１０５でＮ＝４になったかどうか判定する。Ｎ＝４でなければ、次のステップ１０６で回転ドラム２を一旦停止した後、ステップ１０７にて現時点のＮに１を加算しステップ１０２に戻る。このステップ１０２から１０７の動作を所定回数繰り返すと、すなわち、ステップ１０５にてＮ＝４になると、ステップ１０２でのほぐし工程の繰り返しによって選択物の偏りが解消されないと見做せるので、脱水をあきらめて次工程に移行する。回転ムラがない正常の場合はそのまま次のステップ１０９に移行する。

回転ドラム２がステップ１０８にて１００ｒ／ｍｉｎ（第１の所定の回転速度）での水槽ユニット７の前上下振幅と前前後振幅の大小関係を、振動検知手段４０からの出力信号にて判定し、回転ドラム２がステップ１１０にて１２０ｒ／ｍｉｎ（第２の所定の回転速度）での水槽ユニット７の前上下振幅と前前後振幅の大小関係を、振動検知手段４０からの出力信号にて判定する。このとき、並行して、前、後アンバランス異常も振動検知手段４０からの出力信号にて行う。前またはおよび後アンバランスの判定を確定し、アンバランス異常の場合は、ステップ１０６に戻る。前または後アンバランス異常が発生せず正常の場合は、そのまま次のステップ１１０に移行する。なお、ここでの前、後アンバランスの判定は、１００ｒ／ｍｉｎでは前前後振幅＞前上下振幅で、１２０ｒ／ｍｉｎでは前上下振幅＞前前後振幅で両方の関係が成り立つときのみ後アンバランスとし、簡単かつ早期に判定することができる。

後アンバランスと判定された場合は水槽ユニット７の前部に振動検知手段４０が取り付けられていて出力信号が小さくなるので、出力値を１．２倍するなどの補正を行い、後アンバランス異常に対応する。

また１２０ｒ／ｍｉｎでの前左右振幅が２５ｍｍより小さい場合はアンバランス自体が小さいということなので、前、後アンバランスの判定は行わなくしても有効である。

ステップ１１０では、１２１〜８００ｒ／ｍｉｎにおける水槽ユニット７の前、後アンバランス異常を振動検知手段４０からの出力信号にて判定し、前または後アンバランス異常の場合は、ステップ１０６に戻る。前または後アンバランス異常が発生せず正常の場合
は、そのまま次のステップ１１１に移行する。なお、ここでの前後アンバランスの判定は既述の判定を利用して行う。

なお、ステップ１０２での布偏り修正動作を、回転ドラム２の正逆弧回転によって行う場合、回転ドラム２の回転速度は４０ｒｐｍ以上とすることにより、正逆を反転させるための急制動時に回転ドラム２に貼り付いた洗濯物に強い慣性力を与えて、回転ドラム２から剥がし、洗濯物が持ち上がった側と左右反対方向に落下させられるので、洗濯物の貼り付きを効果的に剥がせる。また、剥がした洗濯物は以降の正逆弧回転によって左右に入れ替えながら解し、かつ回転ドラム２内に前後、左右に均等に分布させられる利点がある。このような洗濯物の左右入れ替わりは、洗濯物をより高く持ち上げる必要があることから、回転ドラム２の正逆弧回転を例えば９０°を超え１８０°未満の角度で実行するのが好適である。

一方、本実施の形態のドラム式洗濯機１において、さらに、水槽３の回転軸２ａの方向の中央位置Ｓに対し、回転軸２ａの方向で見て防振ダンパー７０による支持位置Ｑおよび重心Ｇ共に後部側にあり、しかも、中央位置Ｓと支持位置Ｑとの間の距離Ｌ１が中央位置Ｓと重心Ｇとの距離Ｌ２よりも大きく、重力方向で見て支持位置Ｑが重心Ｇの後方でないにしろ、前方近くに位置する関係から、前、後アンバランス時を問わず、水槽ユニット７の擂粉木運動は水槽３の後部に比し前部に大きく影響する。この結果、水槽３の前部の左右、前後、上下の方向の振動成分に加え、後左右、後上下の振動成分も高い相関性を持って合成している。

これらの相関性を利用して、水槽の前部の振動情報だけで、後アンバランスを含めた各振動成分の必要なアンバランスに対応したアンバランス異常に対応するのに簡単な制御実行できる。

回転ドラムを水平方向または傾斜して設置したドラム式洗濯機での脱水に実用して、洗濯物の偏りによる前、後アンバランスの判定、前、後アンバランス異常の判定が、回転ドラムの回転速度上昇中に簡単かつ迅速に行われるので、異常に的確に対応できる。

本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機の要部構成を示す断面図 図１のドラム式洗濯機の制御回路のブロック図 脱水工程での回転ドラムの回転速度変化を示すアンバランス判定、アンバランス異常判定の説明用グラフ 後アンバランスの際に、図１のドラム式洗濯機の水槽の振動検知手段が検知する前上下、前前後の各方向の振動成分に対応する出力信号の波形図 図３に示す脱水工程での回転ドラムの回転速度の上昇にともなう前、後アンバランスの判定、前、後アンバランス異常の判定、異常時の対応を含む制御例を示すフローチャート

符号の説明

１ ドラム式洗濯機
２ 回転ドラム
２ａ 回転軸
３ 水槽
５ モータ
６ 洗濯機筐体
７ 水槽ユニット
９ 扉
２０ 制御手段
２４ 回転速度検知手段
３０ 布量検知手段
４０ 振動検知手段
７０ 防振ダンパー

Claims (1)

1. 有底円筒形に形成された回転ドラムを、開口する正面側から底部となる背面側に向けて回転軸方向が水平または水平方向から下向き傾斜となるようにして、弾性支持した水槽内に設置し、水槽の後部に固定したモータで駆動するようにしたドラム式洗濯機において、前記モータの回転を制御する制御手段と、前記水槽の前部に取り付けられ複数方向の振動成分を検知する振動検知手段とを備え、前記制御手段は、洗濯、すすぎ工程後の脱水動作における前記回転ドラムの回転の上昇過程で、前記振動検知手段が出力する前記複数方向の振動成分の出力信号に基づき、所定の第１の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係と、所定の第２の回転速度における前上下方向の振動成分に係る出力信号の振幅と前前後方向の振動成分に係る出力信号の振幅の大小関係とを用いて、前、後方向のアンバランスの位置を判定し、後アンバランスと判定した場合、以降の前記回転ドラムの上昇過程において、前記振動検知手段の出力信号を補正して、アンバランスの大小を検知するようにしたことを特徴とするドラム式洗濯機。