JP2014079487A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】洗濯機の脱水起動時に機体の回転槽が共振回転数を通過する際、回転槽内の洗濯物の偏りにより振動変位が大きく脱水起動ができないため、共振回転数以下の回転時に洗濯物の偏り状況を把握し、その状況に応じた回転制御装置の調整をおこなうことで共振回転数通過時の振動を抑制することができるドラム式洗濯機を提供すること。
【解決手段】回転槽を共振回転数以下の回転で動作した状態で、洗濯槽２２の前方上部に設けた振動検知部１０の任意の二軸の変位を検知し、その変位値から洗濯物１８の偏り量および偏り位置（前後方向）を正確に把握することで、脱水起動時の回転制御装置１０（ボールバランサ）を最適条件で駆動することで回転槽が共振回転数を通過する際の振動を最小限に抑制するドラム式洗濯機を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体制御装置（ボールバランサ）を備えたドラム式洗濯機の洗濯工程から脱水工程へ移行する際に、洗濯衣類等がドラム内で偏ることによるアンバランス状態を正確に把握し、その把握した状態に応じた起動方法で脱水工程に移行することで起動時の振動抑制をおこなうドラム式洗濯機に関する。

従来、この種のドラム式洗濯機は、濡れた衣類をドラム内に収容した状態では、ドラム内の衣類が不均一に分布している。このため、水平軸を中心に高速回転した際、アンバランス状態となり、起動からおおよそ約２００〜４００ｒ／ｍｉｎぐらいまでに最大の共振点を有し、振動や騒音および振動による消費電力損失を発生させることとなり、容易に高速回転を行うことができない。

そのために、回転体制御装置（ボールバランサ）を備え、ドラムの回転速度がドラムの固有振動数よりも高い回転速度になると、ボールバランサ内のボールは衣類の偏りの反対位置に移動する。この作用を利用して、ボールバランサのボールがドラム内の衣類の偏りの反対方向に移動することでアンバランス状態を解消することができる。

しかし、ボールバランサ内のボールを移動する際、ドラムが低速で回転する場合は、重力により、ボールバランサ内の底部に位置して上方向へ移動しない。また、ドラムの回転速度が、ボールの重力を超える回転加速度が加わるような一定回転速度となった場合に、ボールは上方向へ移動する。この動作を制御することで衣類の偏りに対してボールをどの位置に配置するかにより振動の抑制をおこなうことができる。

しかし、洗濯衣類等がドラム内でどのように偏っているのかを把握できない限り、その偏りに応じてボールの位置を最適位置にすることができない。その衣類の偏りを把握するために洗濯槽に設けた振動検知手段の振動変位により衣類の偏りを把握する方法が示されている（例えば、特許文献１参照）。

従来のドラム式洗濯機の例として図８、９を用いて、特許文献１に記載された洗濯機を説明する。図８は、従来のドラム式洗濯機の構成図を示すものである。図９は、従来のドラム式洗濯機の制御ブロック図を示すものである。

図８に示すように、洗濯機本体１０Ａに固定している洗濯槽２０Ａが配設されている。洗濯槽２０Ａは、ドラム３０Ａを収納し、ドラム３０Ａを駆動するモータ４０Ａが洗濯槽２０Ａの背面に位置している。ドラム３０Ａの前面には、衣類投入口に設けた扉７０Ａが配置され、洗濯槽２０Ａは、本体底部からダンパ２２０により支えられ、本体上部に配置された吊バネ１８０および１９０により支えられている。洗濯槽２０Ａの振動を検知する振動検知手段５０Ａを洗濯槽２０Ａの後部底面に設け、その検知信号を基にドラム３０Ａを駆動する制御装置６０Ａを備えている。

図９に示すように、制御装置６０Ａ内部の制御ブロックは、洗濯槽２０Ａの振動を検知する振動検知手段５０Ａからの信号をフィルタ回路５０２で信号成分のみ取込みマイクロコンピュータ６０で演算し、アンバランス位置の算出をおこなうアンバランス位置検知手段５―９とアンバランス量を算出するアンバランス量検知手段５０８を備え、振動検知手段５０Ａの振動に応じてモータ制御回路５０４を制御し、モータ４０Ａを駆動することでドラム３０Ａを回転制御する構成としている。

従来のドラム式洗濯機では、振動検知手段５の振動をドラム３の回転数を３００ｒｐｍに維持した状態で検出し、その検知信号の３軸方向それぞれの信号値の比率を求め、その比率とその順位からアンバランス位置検知手段５９でアンバランス位置を特定し、アンバランス位置毎のアンバランス量からアンバランス量をアンバランス量検知手段５８で算出するものである。

特開２０１１−０３０９７２号公報

しかしながら、前記従来構成のものでは、ドラム３内の洗濯物の偏りによるアンバランス位置および量を検知する振動検知手段５をドラム３の回転数を３００ｒｐｍに維持しておこなうこととしているが、ドラム式洗濯機の共振回転数が１２０〜４００ｒｐｍ程度のドラム回転数にあるため、脱水工程の起動時にその共振点で検出することとしている。

従って、共振点での振動が大きく、起動できないことがあるため、アンバランス量およびアンバランス位置が特定できない場合がある。そのため、起動時の共振点での振動変位が一定以下の条件下において、検出は可能であるが、脱水工程の起動が可能であるかどうかを検出できないという課題がある。そのため、脱水工程で回転数を３００ｒｐｍまで上昇しながら再度、停止して再び脱水工程をおこなうなど繰り返すことが発生する。

また、振動検出手段５からの信号を３軸の信号の比率やその順位からそれぞれ算出が必要であり、誤差要素が大きくなり、複雑な演算が必要である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、共振回転数前にアンバランス量およびアンバランス位置を特定し、その特定をおこなうことで起動時に回転体制御装置であるボールバランサ内のボールを制御することで、ドラムの振動を抑制し、起動をスムーズにおこない、脱水工程の繰返しを発生させないことができる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、本発明のドラム式洗濯機は、筐体と、前記筐体の内部に弾性支持された洗濯槽と、前記洗濯槽内に収納され回転可能な回転槽と、前記回転槽を回転駆動する駆動部と、前記回転槽の円周上に設けたボールバランサと、前記洗濯槽に設けた振動検知部と、前記振動検知部からの出力に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを備えたドラム式洗濯機において、前記制御部は、前記回転槽を共振回転数以下の所定回転数に維持した状態で、前記振動検出部の任意の２軸出力から衣類の偏り量であるアンバランス量および衣類の偏り位置であるアンバランス位置を算出するアンバランス判定部を備えるものである。

これによって、回転槽の回転速度を２軸の振動値から加速させる際に、回転槽内のアンバランス位置およびアンバランス量を把握することができ、その状況に応じて回転制御装置を制御することにより、回転槽の振動の発生を抑制することができる。

ドラム内の洗濯物のアンバランス位置およびアンバランス量を共振点回転数前に正確に把握し、その量と位置に応じた回転制御装置を制御することで洗濯槽の振動を抑制でき、さらに脱水起動時の安定した動作および起動の再立上を繰り返すことを防止することができる。

さらに多軸振動検知部の任意の２軸出力のみで洗濯物のアンバランス量およびアンバランス位置を把握することができ、制御をおこなうための検知方法を簡素化し、容易でかつ応答性を良くすることができる。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の構成図 同ドラム式洗濯機の制御ブロック図 （ａ）同ドラム式洗濯機の洗濯物の回転槽の円周上のアンバランス状態を示す図（ｂ）同回転槽の奥行き方向における前側アンバランス状態を示す図（ｃ）同回転槽の奥行き方向における後側アンバランス状態を示す図（ｄ）同回転槽の奥行き方向における中側アンバランス状態を示す図（ｅ）同回転槽の奥行き方向における対角アンバランス状態を示す図 モータ電流と円周上のアンバランス位置の特性図 同ドラム式洗濯機のアンバランス量と振動検知部の信号の特性図 同ドラム式洗濯機のアンバランス位置と振動検知部の信号の特性図 （ａ）同ドラム式洗濯機の流体バランサの振動検知部の振動変位出力の比較図（ｂ）同ドラム式洗濯機のボールバランサの振動検知部の振動変位出力の比較図 従来のドラム式洗濯機の構成図 従来のドラム式洗濯機の制御ブロック図

第１の発明のドラム式洗濯機は、筐体と、前記筐体の内部に弾性支持された洗濯槽と、前記洗濯槽内に収納され回転可能な回転槽と、前記回転槽を回転駆動する駆動部と、前記回転槽の円周上に設けたボールバランサと、前記洗濯槽に設けた振動検知部と、前記振動検知部からの出力に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを備えたドラム式洗濯機において、前記制御部は、前記回転槽を共振回転数以下の所定回転数に維持した状態で、前記振動検出部の任意の２軸出力から衣類の偏り量であるアンバランス量および衣類の偏り位置であるアンバランス位置を算出するアンバランス判定部を備えるものである。

このような構成によって、回転槽の回転数を共振回転数以下の所定回転数に維持し、その際にアンバランス判定部が、振動検知部の任意の１軸出力変位値によりアンバランス量を算出し、その算出したアンバランス量に応じて別の任意の１軸出力変位値によりアンバランス位置を算出することで正確な回転槽内の洗濯物の偏り状況を正確に把握することができ、その状況に応じて回転体制御装置（ボールバランサ）のボール位置を制御することで共振回転数を通過する際の洗濯槽の振動を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明の前記アンバランス判定部は、前記回転槽の回転数を共振回転数以下かつ回転槽内の衣類が回転槽内壁に張付く最低回転数以上の範囲でアンバランス量およびアンバランス位置を判定するものである。これによって、洗濯物が回転槽内に張付く状況を維持した状態で、回転槽の回転数を可変することにより、振動検出部がより高精度で検知する回転数に回転槽を制御することができ、アンバランス量およびアンバランス位置をより高精度に把握することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の前記アンバランス判定部は、前記振動検知部の左右振動と前後振動の２軸出力からアンバランス量およびアンバランス位置を算出するものである。これによって、洗濯槽の左右振動変位によりアンバランス量を算出でき、その算出したアンバランス量に応じて、前後振動変位によりアンバランス位置が正確に把握することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明の前記振動検知部は、前記洗濯槽の前方上部に設けるものである。これによって、回転槽軸から最も離れた位置に振動検知部を設けることで振動を検知しやすくすることができ、さらに、回転槽上部前方の左右振動変位によりアンバランス量を把握することができ、さらにそのアンバランス量に応じて回転槽上部前方の前後振動変位によりアンバランス位置を正確に把握することができ、より高精度なアンバランス判定をおこなうことができる。

以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。なお、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は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の構成図を示すものである。図２は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の制御ブロック図である。

また、図３（ｄ）は、ドラム３の側面側から見た斜視図でアンバランス位置Ａがドラムの中側にある中アンバランス位置図である。図３（ｅ）は、ドラム３の側面側から見た斜視図でアンバランス位置Ａがドラムの対角にある対角アンバランス位置図である。

図１において、洗濯機本体（筐体）１は、洗濯物１８を収納するドラム３と、ドラム３を内部に収納する洗濯槽２２と、洗濯槽２２を支えるダンパ１９とを有している。ドラム３の内周壁には、ドラム３の回転時に洗濯物１８を持ち上げて撹拌をするためのバッフル７（ここでは３枚）が設けられている。ドラム３の正面側の洗濯物投入口側には、内部に複数のボール９（例えば、鉄玉）および所定の粘性のオイルを封じ込めた回転制御装置であるボールバランサ８が設けられている。ボールバランサ８は、ドラム３と一緒に回転し、ボールバランサ８内に一列に並んだボール９は、内部のオイル粘性により自由に回転方向に移動できる構成としている。

また、洗濯槽２２の正面側上部に振動検知手段（多軸振動センサ）１０を設け、洗濯槽２２の正面側（前側）の上部の左右変位、前後変位、上下変位の振動を把握し、その変位の大きさにより、ドラム３の回転数を上昇または停止、維持するなどの制御を制御部１３が判断しておこなう構成としている。

また、ドラム３の背面側には、ドラム３と同一軸に設けたドラムプーリ４が設けられている。ベルト６を介してドラムプーリ４にモータ１２の駆動を伝達することで、ドラム３を回転させる構成としている。

モータ１２には、モータ１２のロータ位置を検出するロータ位置検出部１５が設けられている。ロータ位置検出部１５によりロータ位置を検出して制御部１３が制御を行い、モータ１２を駆動する構成としている。モータ１２は永久磁石同期モータであるため、モータ１２のロータ位置をロータ位置検出部１５で行い、制御部１３に入力することでモータ１２が脱調することなく回転する。

図２において、洗濯機本体（筐体）１の駆動制御をおこなう制御部１３は、判定部１３１と回転制御部１３２を有している。判定部１３１は、モータ１２に流れる電流を検出する電流検知部１０１を備え、洗濯物１８の偏りによるドラム３内の円周上方向のアンバランス位置を検出するための回転位置検知部１０３と、振動検知手段（多軸振動センサ）１０の左右変位からドラム３内の洗濯物１８のアンバランス量を検知するアンバランス量算出手段３１と、前記アンバランス量算出手段３１で算出したアンバランス量に応じて振動検知手段（多軸振動センサ）１０の前後変位からドラム３の奥行き方向における洗濯物１８のアンバランス位置を算出するアンバランス位置算出手段３０と、ドラム３内の洗濯物１８の容量を検知する衣類量判定部１０２とから構成している。

また、回転制御部１３２は内部にモータ１２を駆動する駆動部１３３を備え、駆動部１３３は、モータ１２のロータ位置を検出するロータ位置検出部１５のロータ位置信号から同期してモータ１２を駆動する。モータ１２は減速機構であるドラムプーリ４とベルト６を介してドラム３を回転させ、その回転により洗濯槽２２が振動する振動変位を洗濯槽２２の正面側（前側）の上部に設けた振動検知手段（多軸振動センサ）１０により変位を検知する。

次に、図３（ａ）は、洗濯物１８がドラム３内壁に張り付いた状態でアンバランス位置Ａが発生しているドラム３の正面側図を示した正面図である。図３（ｂ）は、ドラム３の側面側から見た斜視図でアンバランス位置Ａが前側（正面側）にある前アンバランス位置図である。図３（ｃ）は、ドラム３の側面側から見た斜視図でアンバランス位置Ａが後側にある後アンバランス位置図である。図４は、ドラム式洗濯機のアンバランスがある状態のモータの電流特性図である。図５は、洗濯槽の前側上部に設けた多軸振動センサの左右変位とアンバランス量の関係を示すアンバランス量特性図である。図６は、アンバランス量毎の前後振動変位とアンバランス位置を示すアンバランス位置特性図である。また、図７（ａ）は、従来の流体バランサを設けたドラム式洗濯機を１２０ｒｐｍでドラム３を回転した場合の左右振動変位を示した流体バランサの左右変位図である。図７（ｂ）は、本発明のボールバランサを搭載したドラム式洗濯機を１２０ｒｐｍでドラム３を回転した場合の左右振動変位を示したボールバランサの左右変位図である。

図３（ａ）および図４において、図３（ａ）はドラム３の正面側から見た場合のアンバランス位置Ａがドラム３の円周上で回転しており、そのドラム３の外周に設けられた回転制御装置（ボールバランサ８）のボール９が底部に偏っている状態を示しており、洗濯物１８がドラム３の内壁に張付く最低回転数（洗濯物にかかる重力とドラム３の遠心力が均衡する回転数。例えば約６０〜７０ｒｐｍ）以上で、ボールバランサ８内の所定の粘性を持ったオイルにより、ボール９が底部に偏り、ドラム３と供に回転しない最大回転数（例えば、約８０ｒｐｍの場合。オイル粘性により変化するが、ここでは８０ｒｐｍ以上ではドラム３の回転と非同期にボールが回転移動する）以下の状態であることを示している。

従って、この状態ではドラム３内の洗濯物１８の回転し、アンバランス位置Ａのみがアンバランスとして電流検知部１０１にモータ電流の変化として検出される。その電流変化が図４に示す状態で検出され、洗濯物１８のアンバランス位置Ａがドラム３の最底部から最上部へ移動することが、モータ電流値として最小電流値ｂ〜最大電流値ａとして検出されることを示している。その繰り返し周期が同じ回転数でドラム３を駆動する間検出される。

図３（ｂ）から（ｅ）において、実際の洗濯物１８の位置によりアンバランス位置が複雑に発生するが、その中で大きく次の４つの分類で把握できることを示している。ドラム３の奥行き方向におけるアンバランス位置Ａがドラム３の前方にある場合を図３（ｂ）に示し、後側にあることを図３（ｃ）に示している。また、ドラム３の中間位置にあることを図３（ｄ）に示し、ドラム３の前側と後側の対角位置（１８０度）にアンバランス位置Ａが位置することを図３（ｅ）に示している。

図５において、洗濯槽２２の前方上部に設けた振動検知手段（多軸振動センサ）１０の左右振動変位は、ドラム３をボールバランサ８のボール９が底部に固定されずに回転する回転数１２０ｒｐｍ（例えば、９０から１５０ｒｐｍの間）時に維持した状態で、アンバランス位置Ａが図３（ｂ）から（ｅ）に示す位置関係にかかわらず、アンバランス量に依存しており、左右変位の大きさに応じて図５に示すアンバランス量との関係図となる特性がある。ドラム３の回転軸が洗濯槽２２の背面側を軸に固定されており、離れた距離にある前側の上部に振動検知手段（多軸振動センサ）１０を設けたことで、ドラム３の奥行き方向のアンバランス位置に前後変位および上下変位は影響されるが、左右変位は影響が小さくほぼ、アンバランスの奥行き方向の位置には影響されないため、アンバランス量と左右変位の関係を得ることができる。

図６において、図５に示した左右変位とアンバランス量の関係図から振動変位に応じて検出されたアンバランス量に応じて図６において、それぞれのアンバランス量における傾きからドラム３の奥行き方向におけるアンバランス位置を算出することができる前後振動変位とアンバランス量毎のアンバランス位置を示す特性がある。洗濯槽２２の前方上部に設けられた振動検知手段（多軸振動センサ）１０の前後変位は、ドラム３をボールバランサ８のボール９が底部に固定されずに回転する回転数１２０ｒｐｍ（例えば、９０から１５０ｒｐｍの間）時に維持した状態で、アンバランス量毎にドラム３の奥行き方向のアンバランス位置により前後振動として検出することができる。これは、ドラム３の軸を洗濯槽２２の後方部を軸としていることで、軸から離れた前方上部の位置に振動検知手段（多軸振動センサ）１０を設けることで、前後振動変位にドラム３の奥行き方向アンバランス位置を示す特性が表れることが実験結果から得られることを示している。

図７（ａ）において、従来のバランサ機能としてドラム３の前方円周上に設けた流体バランサ（バランサ内部に液体を封入）とした場合に、洗濯槽２２の前方上部に設けた振動検知手段（多軸振動センサ）１０の左右振動変位は、ドラム３を回転数１２０ｒｐｍ（例えば、９０から１５０ｒｐｍの間）に維持した状態とした場合に、流体バランサ内の液体が常に拡散や偏りに移動しているために、ドラム３の回転に非同期かつ偏りが一定でないために左右変位が一定でなく上昇し、変位が変わっている状態を示し、常に同じ状態の振動変位にならないことを示している。従って、本当の左右振動変位を算出することが難しい。

図７（ｂ）において、本実施の形態１に示すボールバランサ８を搭載したドラム３の場合に、洗濯槽２２の前方上部に設けた振動検知手段（多軸振動センサ）１０の左右振動変位は、ドラム３を回転数１２０ｒｐｍ（例えば、９０から１５０ｒｐｍの間）に維持した状態とした場合に、ボールバランサ８内のボール９は、所定の粘性を持ったオイルによりほぼ一定の位置に偏る状態となり、ドラム３の回転数よりほぼ一定回転数遅れた回転数で回転するため、左右振動変位が一定の振幅範囲でドラム３の回転周期に合わせて変動することを示している。従って、ドラム回転数とボール回転数が一定回転数ズレた状態で回転するため、左右振動変位は、洗濯物１８のアンバラ位置Ａとボール９の偏りとが打ち消しあう状態や重なり合う状態を一定周期で繰り返すことで、この変動周期と振幅変動が発生する。従って、この周期と変動範囲から左右変動値を容易に算出することができる。

なお、算出方法は、左右の最大変位と最小変位の差分によりボール９の変位分を相殺する方法または、１２０ｒｐｍ期間の左右変位の平均を算出することで、左右変位の真値を算出する方法であっても良い。

なお、流体バランサによる左右振動変位を図７（ａ）に示しているが、実際に流体となる液体が常にどのようにドラム３の回転に対して動作するかは一定でないため、必ずしも図７（ａ）のようにはならず、変動幅や変化の度合いは決められない状態となっている。そのため、実際の左右変位の大きさを算出することは難しい。

なお、ここでは振動検知手段（多軸振動センサ）１０をＸ（前後方向）Ｙ（左右方向）Ｚ（上下方向）の振動を検知できる振動変位検知するセンサとしているが、Ｘ（前後方向）Ｙ（左右方向）Ｚ（上下方向）の加速度を検知できる加速度センサであっても良く、加速度から演算により変位を算出することであっても同じである。また、Ｘ（前後方向）Ｙ（左右方向）Ｚ（上下方向）の振動を検知できる同様のセンサで検出することも可能である。

以上のように構成されたドラム式洗濯機について、以下にその動作、作用を説明する。

まず、洗濯機本体（筐体）１が、洗濯工程前にドラム３を動作させ、ドラム３内に収容されている洗濯物量を衣類量判定部１０２で判定する。このことにより洗濯時間や洗剤量を算出するとともに、脱水工程前のアンバランス状態の把握に利用する。

次に、洗濯工程およびすすぎ工程を終えた後、洗濯槽２２内部の洗濯水を排水し、その後に脱水をおこなう場合、洗濯物１８の状態がドラム３内部に均一の状態に位置していることはほぼ少なく、アンバランス状態を発生させていることがほとんどである。

従って、一般的にはそのアンバランス状態を解消するため、排水後にドラム３をゆっくり回転させ、洗濯物１８をほぐすことでアンバランス状態をできる限り解消する動作をおこなっている。しかし、その状態でもアンバランス状態は残った状態となっており、その状態で、脱水工程を開始する。

まず、脱水工程時に、洗濯機本体（筐体）１の洗濯槽２２がドラム３の共振回転数（例えば、ここでは２２０から４００ｒｐｍの間）を通過する際に、大きく振動することで規定の振動変位を超える場合には、ドラム３の回転を停止する。その停止後、再度ほぐし工程をおこない、再度、脱水起動をおこなう。しかし、このドラム３の共振回転数時に、極力振動を抑制することで脱水起動を成功させるように、ドラム３の共振回転数より低い回転数でドラム３の前方上部に設けた振動検知手段（多軸振動センサ）１０の振動変位により、洗濯物１８のアンバランス量およびアンバランス位置を検知し、その状態から回転数制御装置（ボールバランサ）８を制御し、その状態で共振回転数を通過させることで振動を抑制することができる。その動作について以下に説明する。

脱水工程では、制御部１３の回転制御部１３２の指令により、駆動部１３３がモータ１２に駆動電圧を印加させる。これにより、モータ１２を徐々に低速回転から高速回転に動作させ、ドラム３の回転速度が徐々に上昇する。

次に、ドラム３の回転数が約１２０ｒｐｍとなるように回転制御部１３２は、モータ１２を制御し、その状態を維持する。その状態でドラム３の前方上部に設けた振動検知手段（多軸振動センサ）１０から左右変位および前後変位を検出する。ここでは、共振回転数以下の状態であるため、安定した振動変位が検出される。しかし、ボールバランサ８の内部のボール９は、オイル粘性により一ヶ所に偏った状態でドラム３の回転数と非同期で一定回転数ずれた状態で回転をおこなう。その結果、図７（ｂ）に示すような一定周期と一定変動値の左右振動変位（特性図Ｈ２）が検出される。そのことで、容易に新の左右変位値を算出できる。しかし、従来の流体バランサの場合には、図７（ａ）に示すように左右振動変位が、流体バランサ内の流体の動作が常にドラム３の回転と一定の状態で回転せず、分散状態や偏り状態を変動していることで、洗濯物１８によるアンバランス位置Ａによる振動変位と流体の状態による振動変位が重なり、常に変動する状態となっている。従って、容易に左右振動変位を算出することができなかった。

次に、振動検知手段（多軸振動センサ）１０で検出された左右振動変位をアンバランス量算出手段３１に入力し、１２０ｒｐｍで維持している期間の平均値を求めることで容易に左右振動変位の真値を算出できる。その真の左右変位値から図５に示す左右変位とアンバランス量の特性図（実験値より得られた関係図Ｓ１）からアンバランス量を算出する。例えば、左右変位の真値が１．０ｍｍであれば、その時のアンバランス量は５００ｇであり、左右変位が１０ｍｍであれば、アンバランス量は１０００ｇであると算出できる。

ただし、ここで、アンバランス量は、洗濯物１８のアンバランス位置Ａが、図３（ｂ）から（ｅ）に示す前、後、中、対角のアンバランス状態であっても発生する場所に関係なく、アンバランス量が同じであれば左右変位は同じである特性を示すことが実験結果から判明しており、左右変位とアンバランス量の関係は、図５に示すような関係を維持しているため、容易にアンバランス量算出手段３１で、左右変位値からアンバランス量を算出することができる。

次に、同じ１２０ｒｐｍでドラム３が回転維持されている際、振動検知手段（多軸振動センサ）１０は、洗濯槽２２の前方上部の左右変位以外に前後変位、上下変位を検出しており、前後振動変位をアンバランス位置算出手段３０に入力することで、アンバランス位置算出手段は、前記のアンバランス量算出手段３１で算出されたアンバランス量に応じて、図６に示すアンバランス量毎の前後振動変位とアンバランス位置の特性図からアンバランス位置を算出することができる。

例えば、アンバランス量算出手段３１で、アンバランス量５００ｇと算出された場合に、アンバランス位置算出手段３０は、図６に示す特性図から特性Ｚ４を選択し、その特性上の前後振動変位がどこに位置するかで横軸に示すアンバランス位置を特定する。その結果、アンバランス位置が算出される。ここでは、アンバランス量５００ｇ時に前後変位が１．０ｍｍを検知したことでアンバランス位置は前と中の間に位置していることが算出できる。

このようにすることで、アンバランス量算出手段３１とアンバランス位置算出手段３０により、洗濯物１８のアンバランス状態をドラム３の共振回転数よりも低い回転数（ここでは約１２０ｒｐｍ）で特定することができる。

まお、図５および図６に示す左右および前後振動変位とアンバランス量およびアンバランス位置の特性図については、約１２０ｒｐｍでドラム３を回転させている際の関係図を示しており、実験値から得られた特性である。従って、ドラム３の回転数を変更した場合には特性が変化するため、その回転数での特性も考慮することで温度変化やドラム３のサイズ、径、機体１内の洗濯槽２２の支持方法など変化した場合でも容易に対応可能である。

次に、アンバランス状態を検知することでボールバランサ８内のボール９を制御することで最適な状態で共振回転数を通過させることで、共振点回転数の振動を最小限に抑制することができる。詳細について、以下に記載する。

約１２０ｒｐｍでアンバランス量およびアンバランス位置を検出することで、ドラム３内の洗濯物１８の状態を把握する。その後、ドラム３の回転数を振動検知手段（多軸振動センサ）１０で振動変位を検知した回転数より低い回転数で運転し、ボールバランサ８内のボール９がドラム３の回転に対して底部に偏った状態で、ボール９が回転しない状態の回転数で動作させる。（これは、ボールの重力が回転による遠心力よりも大きい条件でドラム３が回転している回転数であり、ボールバランサ８の内部のオイル粘性にも影響するため、実験値で回転数を決めている）。

この時の回転数は、ボールバランサ８内のオイル粘性により変更されるものであり、周囲温度の影響が想定される場合、温度検出して回転数を可変する方法でも可能である。その際、ボール９が回転するか底部で偏り状態になっているかは、図７（ｂ）に示すように回転している場合は、一定周期および一定変動値で振動検知手段（多軸振動センサ）１０の左右振動変位で検出できる。底部にボール９が偏りしている場合は、左右振動変位が周期的に変動せず一定値に安定している状態が確認できることで容易に判断できる。

上記の約１２０ｒｐｍよりも低い回転数で、ボール９が回転しない図３（ａ）に示すようなボール９の位置にある場合であって、ドラム３を回転させる場合に、モータ１２を駆動している駆動部１３３から流れる電流値を電流検知部１０１で検知し、その電流変化によりドラム３内の洗濯物１８のアンバランス位置Ａを把握することができ、その電流値変化は図４に示すように変化する。図３（ａ）に示すようにアンバランス位置Ａが洗濯機本体の正面から見て底部にある場合、電流値は図４に示す電流ｂの位置にあり、アンバランス位置Ａが右回転で上部へ移動する際、電流値は電流ｂから電流ａ１に変化する。その後電流値は回転とともにアンバランス位置Ａが底部に戻るとともに電流値も減少する。この状態が繰返し電流検知部１０１により検出されることで、容易にドラム３の回転円周方向におけるアンバランス位置Ａは把握できる。

既に、約１２０ｒｐｍのドラム３の回転時における振動検知手段（多軸振動センサ）１０の振動変位からアンバランス量算出手段３１とアンバランス位置算出手段３０からドラム３の奥行き方向におけるアンバランス位置と量を把握できているため、そのアンバランス位置と量のそれぞれ条件毎に、ボールバランサ８のボール９の位置と回転円周上方向におけるアンバランス位置Ａの相対位置をどのように配置してドラム３の共振回転数を通過させることが最も振動を抑制できるかを実験結果から得られているため、その条件で判定部１３１は、ボール９が底部に偏っている状態のドラム３の回転数から所定時間内に共振回転数まで上昇し、さらにその上の回転数（例えば約５００ｒｐｍ）までドラム３を回転させるようにモータ１２を制御する。

その結果、ドラム３の共振回転数における洗濯槽２２の振動変位を最小限に抑制することができる。

なおここで、回転制御装置（ボールバランサ）８をドラム３の前方部に配置している条件で、脱水起動時におけるボール９と洗濯物１８のアンバランス位置Ａとの相対位置においては、図３（ｂ）または（ｄ）における場合に約１８０度、図３（ｃ）における場合にボール９はボールバランサ８内に均等配置を基本の配置とし、アンバランス量の大きさによってその配置をさらに区分けする方法をおこなうことで、振動を最小化できることが分かっている。

また、図３（ｅ）の場合には、前側と後側の対角位置にアンバランス位置Ａが発生する際、アンバランス位置Ａの重心位置が前側または後側の位置に配置されているかにより、ボール９の配置はさらに区分けすることが最小限に振動を抑制することができる。

従って、振動検知手段（多軸振動センサ）１０の左右振動および前後振動の変位を約１２０ｒｐｍの回転数で正確に把握し、アンバランス量およびアンバランス位置を判定することで共振回転数における振動を最小化できるようにあらかじめアンバランス状態の条件からボールバランサ８内のボール９の配置とアンバランス位置Ａの相対位置を把握することで、最適な配置で起動することができ、安定した脱水起動をおこなうことができる。

また、約１２０ｒｐｍでの回転で振動検知手段（多軸振動センサ）１０の振動変位が一定以上の大きさで検出でき、ボールバランサ８の特性上、ボール９がオイル粘性により分散や偏りを繰り返すような移動をおこなわず、安定した配置で回転していることで正確な左右振動および前後振動変位を検出できることが、正確なアンバランス量およびアンバランス位置の検出ができることである。従来の流体バランサでは、水のみの粘性であるために、頻繁に移動を繰り返すため、アンバランス位置Ａとの配置が常に変化することで正確な変位の検出が困難であった。

以上のように、本発明にかかるドラム式洗濯機は、ドラムの前方上部に配置した多軸振動検知部の任意の２軸振動変位のみで、洗濯物のアンバランス量およびアンバランス位置を正確に把握し、その状態における最適な脱水起動方法としてボールバランサのボールとアンバランス位置の相対配置を実験から得られた条件としてモータを駆動して実現させることで共振回転数を通過する際の振動を大幅に抑制することができるものであり、家庭用および業務用ドラム式洗濯機やドラム式洗濯乾燥機にも有用である。

１、１０Ａ 洗濯機本体（筐体）
３、３０Ａ ドラム（回転槽）
４ ドラムプーリ
５ モータプーリ
６ ベルト
８ 回転制御装置（ボールバランサ）
９ ボール
１０、５０Ａ 振動検知手段（多軸振動センサ）
１０１ 電流検知部（モータ電流検知）
１０２ 衣類量判定部
１２、４０Ａ モータ
１３、６０Ａ 制御部
１３１ 判定部
１３２ 回転制御部
１３３ 駆動部
１８ 洗濯物
２２、２０Ａ 洗濯槽
３０ アンバランス位置算出手段
３１ アンバランス量算出手段
Ａ アンバランス位置

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に弾性支持された洗濯槽と、
   前記洗濯槽内に収納され回転可能な回転槽と、
   前記回転槽を回転駆動する駆動部と、
   前記回転槽の円周上に設けたボールバランサと、
   前記洗濯槽に設けた振動検知部と、
   前記振動検知部からの出力に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを備えたドラム式洗濯機において、
   前記制御部は、前記回転槽を共振回転数以下の所定回転数に維持した状態で、前記振動検出部の任意の２軸出力から衣類の偏り量であるアンバランス量および衣類の偏り位置であるアンバランス位置を算出するアンバランス判定部を備えることを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 前記アンバランス判定部は、前記回転槽の回転数を共振回転数以下かつ回転槽内の衣類が回転槽内壁に張付く最低回転数以上の範囲でアンバランス量およびアンバランス位置を判定することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
3. 前記アンバランス判定部は、前記振動検知部の左右振動と前後振動の２軸出力からアンバランス量およびアンバランス位置を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
4. 前記振動検知部は、前記洗濯槽の前方上部に設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。

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