JP2010051433A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数方向の振動を検知することが可能な加速度センサを設け、所定の脱水回転数における２方向の振動量の大小関係を求めることにより、共振域におけるピーク振動量を推定し、効率的な低振動脱水を実現すること。
【解決手段】ドラム１１と、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽１３と、ドラムを回転駆動するモータ１２と、水槽１３に設けた複数方向の振動量を検知する振動検知装置１７と、この振動検知装置１７の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を判定するアンバランス判定手段２０とを備え、アンバランス判定手段２０は、振動検知装置１７から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係を検知するとともに振動量の差が所定の値よりも大きいときに、振動検知装置１７から得られた振動量にかける補正値を切り替えることによって、振動量の判定精度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水槽の複数方向の振動を検知する振動検知装置を備えたドラム式洗濯機において、前記振動検知装置から得られた、所定の回転数における各軸間の振動量の大小関係及び振動量の差の大きさに応じて、前記振動検知装置から得られた振動量に補正をかけ、補正後の振動量を使用して、高速回転への移行可否の判定を行うドラム式洗濯機に関するものである。

ドラム式洗濯機の脱水行程で、低振動脱水を実現するためには、精度良く脱水中の振動レベルを検知することが前提となる。水槽や筐体の位置によって振動レベルは異なり、また、洗濯物のアンバランス状態によっても、その振動特性は異なるため、最適な振動検知方法を見つけることが従来からの課題であった。

これまでにも、水槽や筐体に設けた振動検知装置から得られた出力結果に基づいてアンバランスの大小を判定して高速脱水へ移行する判定を行う洗濯機が多数提案されている。さらにアンバランスの位置を特定し、特定した結果を高速脱水へ移行する判定に加え低振動脱水を実現しようとする洗濯機が提案されている。

例えば、衣類の回転軸方向前後の偏り具合を、水槽に取り付けた２つの振動検知装置で特定し、その特定結果に基づいて脱水回転制御を行なうドラム式洗濯機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、２軸以上の複数方向の振動を検知することができる振動検知手段で、各振動成分の位相角の差から衣類の前後方向のアンバランス位置を特定し、アンバランス位置に応じて高速脱水へ移行する判定手段の基準値を個別に設定するドラム式洗濯機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３８６５７９１号公報 特開２００６−３１１８８５号公報

しかしながら、前記従来の構成（特許文献１）では、偏り具合を特定するために、振動検知装置が２つ必要なため、機器のコスト上昇の要因となり望ましくない。

また、特許文献２の構成では、洗濯物の偏り具合によっては、各振動成分の最大値検知タイミングが大きくずれてしまい、位相角の差を求めることが困難になり、正確なアンバランス位置を特定できないという課題を有していた。

また、アンバランス位置は単純ではなく、一方が前側、もう一方が後側に偏った、いわゆる対角関係の複雑な偏り方をする場合もあり、このような偏り方を位相角の差だけでは特定できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、振動が大きくなるような衣類の偏り具合を、共振脱水回転数の差の大きさから特定し、効率的なアンバランス判定を実現することで、低振動、低騒音のドラム式洗濯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明は、外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記水槽を収容する筐体と、前記水槽と前記筐体間に取り付けて前記水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を判定するアンバランス判定手段とを備え、前記アンバランス判定手段は、前記振動検知装置から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係を検知するとともに各方向の振動量の比率が所定の値以下のときに、前記振動検知装置から得られた振動量を補正するようにしたものである。

これにより、１つの振動検知装置で、その振動検知装置が設けられた位置のみならず、振動検知装置が取り付けられていない位置の振動量を補正することが可能となり、低コストで的確な振動検知を実現し、低振動、低騒音脱水を実現することが可能となる。

本発明のドラム式洗濯機は、１つの振動検知装置で脱水時の振動量を的確に検知し、その結果を基にアンバランス判定を行うことができるため、低振動、低騒音の脱水を低コストで実現することができる。

第１の発明は、外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記水槽を収容する筐体と、前記水槽と前記筐体間に取り付けて前記水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動量を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を判定するアンバランス判定手段とを備え、前記アンバランス判定手段は、前記振動検知装置から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係を検知するとともに各方向の振動量の比率が所定の値以下のときに、前記振動検知装置から得られた振動量を補正するようにしたことにより、１つの振動検知装置で、その振動検知装置が設けられた位置のみならず、振動検知装置が取り付けられていない位置の振動量を補正することが可能となり、低コストで、的確な振動検知を実現し、低振動、低騒音脱水を実現することが可能となる。

第２の発明は、振動量は、ドラムの回転軸方向と直交しかつ水平方向である第１の方向の値と、前記ドラムの回転軸方向と直交しかつ第１の方向と直交する第２の方向の値を用いるようにすることにより、前記２方向の振動値を比較することによって、振動検知装置が設けられた位置以外で発生する最大振動量を的確に推定することが可能となる。

第３の発明は、振動量の大小関係が第２の方向の値より第１の方向の値が大きく、かつ振動量の比率が小さいほど、振動検知装置から得られた振動量にかける補正値も大きくするようにしたことにより、振動検知装置が設けられた位置以外で発生する最大振動量を的確に推定することが可能となる。

第４の発明は、所定の回転数は、振動検知装置から得られる各方向の振動量が現れはじめる回転数から、振動量がピークとなる共振域前までの回転数までとしたことにより、振動値が脱水行程を通じてピークとなる共振域の振動値を補正することが可能となり、異常振動を未然に防止することが可能となり、製品の安全性も向上することができる。

第５の発明は、アンバランス判定手段は、前記振動検知装置から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係及び振動量の差の大きさに応じて、脱水回転数を変更するようにしたことにより、補正した最大振動量に基づいて脱水制御することが可能となり、低振動、低騒音脱水を実現することが可能となる。

第６の発明は、振動検知装置は、３方向の加速度の検出が可能な加速度センサであり、第１の方向はドラムの回転軸方向と直交しかつ水平方向とし、第２の方向は前記ドラムの回転軸方向と直交しかつ第１の方向と直交する方向とし、第３の方向は前記ドラムの回転軸方向とすることにより、１つのセンサで複数方向の振動を検知することができ、各方向ごとにセンサを設けることに比べコストを大幅に抑えることが可能となる。また、複雑な水槽の動きを的確に判断することが可能となる。

第７の発明は、振動検知装置は、水槽の外周略上部で回転軸方向の略前部に設けたことにより、水槽で最も振れやすい位置に装置を設けて揺れの少ない低速域においても感度のよい振動検知を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の洗濯物のアンバランスによる振動を抑制させる制御装置のブロック図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における振動検知装置の取り付け位置及び振動検出方向を示す図である。

図１において、１０は筐体、１１は洗濯物を収容し回転させるドラム、１２はドラムを速度制御しながら回転させるモータである。１３はドラム１１を内包し水をためる水槽、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は水槽１３と洗濯物投入口のあるカバー１８との隙間をなくして接続するためのシールパッキン、１５は水槽１３の姿勢を保持するための支持ばね、１６はモータ回転時に発生する振動を低減して筐体１０や床への振動伝達を小さくするための防振ダンパーである。

１７は水槽１３の振動を検知する振動検知装置である。振動検知装置の例として、本実施の形態では加速度の変化を電圧変化として出力できる加速度センサを用いている。

本実施の形態における加速度センサは、静電容量の変化を電圧に変換する静電容量型加速度センサを用いている。他にもピエゾ抵抗型加速度センサを用いることも可能である。これらのいわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサは半導体集積回路作製技術を用いて作製された微小なセンサであり、近年、低コストで量産されるようになってきたこともあって、様々な民生用機器で利用されている。

なお、本実施の形態における加速度センサは３軸の検知が可能なものを採用しており、複数方向の振動を検知し、脱水時の回転速度上昇に伴って複雑に変化する振動モードを的確にとらえ、様々なアンバランス状態を判定することを可能にしている。ただし、加速度センサは２軸のものであってもよい。

図２において、本実施の形態における振動検知装置１７の取り付け位置、及び振動検出方向を詳細に示している。

振動検知装置１７の取り付け位置は、特に低速脱水回転時の微小な揺れ時にも感度が良い、防振ダンパー１６から最も離れた本体前側で上部とした。ドラム内の洗濯物のアンバランスが前部に存在する状態で高速回転へ移行したときの振動は後部に存在する場合と比較して大きくなるため、前部に大きなアンバランスがある状態で高速回転へ加速することを極力避ける必要がある。前部にアンバランスがある場合には水槽の揺れも前部側が顕著
に現れやすいことから、振動検知装置の取り付け位置を前部とすることが望ましい。

振動検知装置１７の振動検出方向は、本実施の形態で用いている３軸加速度センサの検知軸（それぞれ垂直な関係にあるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸）のうち、Ｘ軸を本体正面から見て左右水平方向に、Ｙ軸を略前後（回転軸）方向に、Ｚ軸を略上下方向に取り付けて、水槽の動きを立体的にモニタリングすることを可能にしている。

なお、本実施の形態においては、Ｘ軸を第１振動検知軸（第１の方向）、Ｚ軸を第２振動検知軸（第２の方向）とした。

１９は筐体１０を床に設置する防振ゴムで、支持ばね１５と防振ダンパー１６で支持手段を構成している。さらに、２０は振動検知装置の出力に応じてアンバランスを判定するアンバランス判定手段、２１はモータ１２の回転を制御する制御手段である。

図３は、本発明の第１の実施の形態におけるドラム回転制御パターンのグラフである。脱水行程開始直後、４５〜６０ｒｐｍの回転速度でドラムの反転を繰り返し、衣類同士の絡みや塊をほぐし、衣類をドラム内周面に均等にはりつかせやすくするための、ほぐし行程を実施する。その後、衣類がドラム内周面にはりつき始める８０ｒｐｍ付近にて、ある程度大きなアンバランスを未然に判定して脱水を一旦停止させるための予備アンバランス判定を行っている（第１アンバランス判定区間）。

共振域到達前の振動量補正値決定区間（本実施の形態では１２０ｒｐｍ）に到達したら一定速度でモータを回転させ、３方向のうち振動量を検知する。振動量には、加速度センサの出力（すなわち加速度）や、得られた加速度と回転数の関係から変位量に変換した結果などを使用する。本実施の形態では変位量を使用している。

なお、振動量補正値決定区間の回転速度を共振域直前の１２０ｒｐｍが最適ではあるが、各方向の振動量が現れはじめる回転数からピークとなる共振域前までの回転数であれば１２０ｒｐｍでなくてもよい。また、第１アンバランス判定区間も、衣類がドラム内周面にはりつき始める回転数であれば、８０ｒｐｍでなくてもよい。

検知した３方向の振動量の大小関係から、振動量がピークとなる共振域（１４０〜２８０ｒｐｍ）において振動量補正が必要か、また、検知した振動量の差からどの程度の補正が必要かをこの区間で判定する。

補正が必要と判定した場合、共振域において加速度センサから得られる振動量に前述の補正結果を加えて、脱水を停止するか継続（加速）するかの判断を行う。

共振域通過以降、本実施の形態では、３００ｒｐｍでも振動検知装置の出力値（振動量）を基にアンバランス量を判定する区間（第２アンバランス判定区間）を設けている。その後の定常脱水回転区間（本実施の形態では８８０ｒｐｍ）における振動量検知も含め、前記補正の有無の結果を基に振動量を補正することも可能である。

図４は、振動量補正値の決定結果を基に振動量の補正とアンバランス判定を行う一連の処理を表したフローチャートである。

脱水スタート後、振動量補正値決定区間（１２０ｒｐｍ）に到達したら、ステップ３にて、３軸加速度センサ各軸毎の出力値とドラム回転周波数（ｆ＝２Ｈｚ）を基に、３方向それぞれの変位量を算出する。なお、変位量（Ｘ）は以下の式より計算することができる。

Ｘ ＝ ａ ÷（２πｆ）^２ ［ｍ］
ａ［ｍ／ｓ^２］・・・加速度、ｆ［Ｈｚ］・・・回転周波数
なお、所定時間サンプリングした変位量のＰｅａｋｔｏＰｅａｋ値をこの区間の振動量とする。本実施の形態では、１０ｍｓｅｃのサンプリング時間で加速度センサ出力をサンプリングし、１秒毎にサンプリングした値のＰｅａｋｔｏＰｅａｋ値を求め、連続５回（５秒間）のＰｅａｋｔｏＰｅａｋ値の平均値をこの区間における振動量としている。

ここで用いる振動量は、第１の方向の変位量Ｘ１［ｍｍ］及び第２の方向の変位量Ｘ２［ｍｍ］とする。これらＸ１、Ｘ２の比率Ａ（＝Ｘ２／Ｘ１）の値を算出しておく。

次にステップ４にて、算出した比率Ａを基に、共振域における振幅補正が必要か不要かの判定を行う。本実施の形態では、比率Ａが０．３以下であれば補正が必要、それ以外であれば不要と判定する。

なお、比率Ａが小さければ小さいほど、振動量にかける補正値を大きくすれば、振動検知装置が設けられた位置以外で発生する最大振動量を的確に推定することが可能となる。

そしてステップ７にて、振動検知装置から得られた共振域における最大振動量に補正をかけた値を高速回転への移行可否判定に用いる振動量とし、ステップ８にて高速回転移行可否判定閾値との比較を行い、閾値を上回れば脱水停止してリトライ、下回れば高速脱水へ移行する。

一方、補正が不要と判定した場合は、ステップ１１にて、振動検知装置から得られた共振域における最大振動量そのものを高速回転への移行可否判定に用いる振動量とし、ステップ１２にて高速回転移行可否判定閾値との比較を行い、閾値を上回れば脱水停止してリトライ、下回れば高速脱水へ移行する。

本実施の形態においては、共振域における最大振動量を共振域到達前に判定した振動量補正値を元に推定しているが、共振域通過後の最大振動量を推定することも可能である。表１は、図１、図２の構成と同一のドラム式洗濯機を用いて、脱水時１２０ｒｐｍにおける第１の方向及び第２の方向の変位量（Ｘ１、Ｘ２）及びこれらの比率Ａ（Ｘ２／Ｘ１）、さらに共振域（１４０〜２８０ｒｐｍ）における水槽前後両位置の最大振動量を記録した結果の一例である。

検証には擬似負荷を用い、負荷の量やドラム内への貼り付ける位置を変え、様々な大きさや傾向の振動が発生する条件に対応できるようにした。また、水槽後側の振動量も測定するために、上部後側にも水槽前側と同一の振動検知装置を設けている。

実験Ｎｏ．１〜４は、それぞれの実験で同じ量の擬似負荷を水槽の前側が顕著に振れる位置（ａ）、逆に後側が振れる位置（ｃ）、その中間的位置（ｂ）に貼り付けて振動量を測定した結果である。

結果から分かるように、比率Ａは貼り付け位置（ａ）から（ｃ）へ移るにしたがって小さくなっていく一方、共振域の前部振動最大値から後部振動最大値を引いた値（差Ｂ）も小さくなっていき、実験Ｎｏ．１、３及び４ではマイナスすなわち、後部振動の方が前部振動より大きくなる振動が発生した。このように後部の振動が前部より大きい場合、単純に前部の振動量で振動判定を行っても後部の大きな揺れが反映されておらず、最悪大きな振動を見過ごす可能性があるが、本実施の形態では、比率Ａが０．３以下の振動を前記後部の振動が前部より大きい振動と判定することで、後部の大きな揺れの見過ごしを回避できることが確認できた。

以上のとおり、振動検知装置がついていない位置の振動が最も大きな振動も、振動検知装置から得られた所定の回転数における複数方向の振動量の大小関係（すなわち本実施の形態では振動値Ｘ１と振動値Ｘ２のどちらの値が大きいか）を検知するとともに振動量の比率（すなわち本実施の形態では比率Ａ）が所定の値以下のときに、振動量を補正するようにしたことで、真の最大振動量を判定できることが確認できた。

以上のように、本発明にかかるドラム式洗濯機は、振動検知装置から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係を検知するとともに各方向の振動量の比率が所定の値以下のときに、振動量を補正するようにし、その結果に基づいてアンバランス判定や
脱水回転制御を行うことができるので、脱水時の振動を抑えることができる、低振動低騒音型ドラム式洗濯機として有用である。

本発明の実施の形態１における洗濯機の制御装置のブロック図 本発明の実施の形態１における振動検知装置である３軸加速度センサの取り付け位置及び振動検出方向を示す図 本発明の実施の形態１におけるアンバランス判定過程のドラム回転数を示すグラフ 本発明の実施の形態１における、振動量補正値の決定結果を基に振動量の補正とアンバランス判定を行う一連の処理を表したフローチャート

符号の説明

１０ 筐体
１１ ドラム
１２ モータ
１３ 水槽
１４ シールパッキン
１５ 支持ばね
１６ 防振ダンパー
１７ 振動検知装置
１８ カバー
１９ 防振ゴム
２０ アンバランス判定手段
２１ 制御手段

Claims (7)

1. 外周に通水孔を設けたドラムと、ドラムを内包し洗濯水を溜める水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記水槽を収容する筐体と、前記水槽と前記筐体間に取り付けて前記水槽の振動を抑制する防振ダンパーと、前記水槽に設けた複数方向の振動量を検知する振動検知装置と、この振動検知装置の出力に応じて洗濯物のアンバランス量を判定するアンバランス判定手段とを備え、前記アンバランス判定手段は、前記振動検知装置から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係を検知するとともに各方向の振動量の比率が所定の値以下のときに、前記振動検知装置から得られた振動量を補正するようにしたドラム式洗濯機。
2. 振動量は、ドラムの回転軸方向と直交しかつ水平方向である第１の方向の値と、前記ドラムの回転軸方向と直交しかつ第１の方向と直交する第２の方向の値を用いるようにした請求項１記載のドラム式洗濯機。
3. 振動量の大小関係が第２の方向の値より第１の方向の値が大きく、かつ振動量の比率が小さいほど、振動検知装置から得られた振動量にかける補正値も大きくするようにした請求項２記載のドラム式洗濯機。
4. 所定の回転数は、振動検知装置から得られる各方向の振動量が現れはじめる回転数から、振動量がピークとなる共振域前までの回転数までとした請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
5. アンバランス判定手段は、振動検知装置から得られた所定の回転数における各方向の振動量の大小関係及び振動量の差の大きさに応じて、脱水回転数を変更するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
6. 振動検知装置は、３方向の加速度の検出が可能な加速度センサであり、第１の方向はドラムの回転軸方向と直交しかつ水平方向とし、第２の方向は前記ドラムの回転軸方向と直交しかつ第１の方向と直交する方向とし、第３の方向は前記ドラムの回転軸方向とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
7. 振動検知装置は、水槽の外周略上部で回転軸方向の略前部に設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。