JP2004344338A - Washing machine - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the vibration of a washing machine by an inexpensive and reliable method and reduce the vibration and noise of the washing machine. <P>SOLUTION: The washing machine comprises an outer tub 4 as a water receiving layer swingably suspended in a case 1, an inner tub 5 rotatably provided in the outer tub 4 and a motor rotating the inner tub 5. A piezoelectric vibrating plate Bz1 made up of a piezoelectric element 21, and a metal plate 22 to which the piezoelectric element 21 adheres, and a vibration sensor made of a case 23 supporting the outside periphery of the piezoelectric vibrating plate Bz1 and incorporating it are installed in the upper portion or the lower portion of the outer tub 4 of the washing machine to ensure that the polarization direction of the piezoelectric element 21 is parallel with the rotating shaft of the inner tub 5. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機の外槽の振動及び筐体と外槽との衝突（異常振動）及び洗濯機を構成する各種アクチュエータの発する音を検知するようにすると共にこれらの検知した情報に基づいて制御するようにした洗濯機、特に検出手段として圧電素子を用いた振動センサを搭載する洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
縦形全自動洗濯機は、洗濯槽兼脱水槽を内包した水槽（外槽）を洗濯機筐体内に弾性支持し、外槽に取り付けられたモータにより、外槽内に回転可能に設けられた洗濯槽兼脱水槽（内槽）を回転させる構造となっており、洗濯槽兼脱水槽（以下内槽と呼ぶ）内に布片寄りによるアンバランスが生じると、モータの回転に伴って外槽が振れまわる。外槽の振れまわりが大きくなると、外部環境へ与える振動や騒音が問題となるため、これらを監視し、適切な処置を施すことは、洗濯機の設計上重要なことである。
【０００３】
洗濯機における振動検出手段、及び筐体と外槽との衝突（異常振動）の検出手段は、圧電型、歪み型、共振型、光電型など様々な手法が提案されている。
【０００４】
たとえば特許文献１に記載のものは、ユニモルフ型圧電素子、突起部を持った錘、圧電素子と錘を制止するバネ、及びそれらを収納するケースから構成されており、錘の突起部を圧電素子の金属振動板面に接触させることにより、錘に生じる加速度に応じた力を金属振動板に与え、振動の検出を行うものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載のものは、コイル、コア、コンデンサ、ダイヤフラムから構成される水位検出装置兼振動検出装置において、該ダイヤフラムの下面中央部にコイルバネを設けことを特徴とする振動センサであり、洗濯機の外枠上部に配置し、振動を検出するものである。
【０００６】
さらに、特許文献３に記載のドラム式洗濯機は、大きく反射率の異なる少なくとも２種類以上の部分が交互に縞状に配列された反射板と、その反射板に対面する位置に発光素子と受光素子からなる光検知器を配置し、このどちらか一方を回転ドラムの振動に同期して動かし、他方を静止させておくことにより振動を検出するものである。
【０００７】
家庭用洗濯機では、洗濯の手順をすべて自動的に行う全自動洗濯機が主流で、使用者がスタートボタンを押せば、投入された洗濯物量を洗濯機が判断して、必要な水を給水し、予め洗濯機に用意されている標準的な条件で洗濯、脱水を行う。これは洗濯の各行程で必要なアクチュエータをマイクロコンピュータ等で構成される制御装置が制御しながら行われる。
【０００８】
洗濯機に多くの機能が追加されるのに伴って、洗濯機に搭載されるアクチュエータの数は増え、これらの組み合わせで複雑な各洗濯行程処理が行われるようになった。このため故障の機会は増え続けている。また、一つの故障現象には複数のアクチュエータが絡み、どのアクチュエータが故障しても同じ現象を呈することが多くなっている。このため販売店あるいは修理サービス員が、使用者からの故障通報では、どの故障部品を交換したらよいか迷う場合も多くなっている。
【０００９】
この問題を解決する従来技術として、製造者の多くは、操作パネルの表示を用い、ここにエラーコードを表示することで、ある程度故障品を特定するようになっている。しかしこの故障部位の特定は、電気的な検出手段で行われている。つまり、各種アクチュエータの電気的故障は検出できるが、機械的な故障たとえば嵌合不良、摩耗による摺動面での鳴き等の故障は検出できない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１４４４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７３０９６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３５０７０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のような圧電素子を用いた振動検出装置は、構成が簡単であり、加速度を検出するためのセンサとしては比較的安価である。しかし質量の小さな圧電素子自身を撓ませることで加速度を検出するという性格上、加速度による力が小さい低周波数域において十分な出力を得ることができない。このため、何らかの方法を用いて圧電素子に振動に同期した力Ｆを加える工夫が必要となる。この特許文献１に記載の例においては、圧電素子自体の質量より大きな質量ｍの錘を付加することにより、加速度ａによって、圧電素子にＦ＝ｍａという力を直接与えている。しかし、この手法の欠点は、圧電素子に錘から常に重力による集中荷重が加わっているため、圧電素子である圧電セラミックを破損する危険性をはらんでいることである。
【００１２】
特許文献２に記載の例においては、耐久性は申し分ないものの、センサを洗濯機の外枠上部に配置していることから、外槽の振動自体を検出するのではなく、外槽によってゆすられた外枠の振動を検出することになる。このため、洗濯機の設置の状態により、得られる出力が変化するという問題がある。
【００１３】
また、特許文献３に記載の例においては、発光部及び受光部からなる光検知部と、光を反射する反射板とから構成されているため、他の手法に比較して、若干コストが高くなる。また、反射板と光検知部を密閉できないため、異物の混入や反射板や光検知部の汚染といったことが誤動作の原因となる上、光軸がずれたときには全く振動を検知できなくなるといった致命的な問題を抱えている。
【００１４】
本発明の第１の目的は、より安価で信頼性の高い方法で振動を検出する振動センサを提供し、これを洗濯機に実装することにより、低振動、低騒音な洗濯機を提供することを目的とする。また従来の機械的な触れスイッチ等ではできない脱水時の一次共振、二次共振大振動の検出を確実にし、信頼性を高めることも目的とする。
【００１５】
本発明の第２の目的は、機械的な故障により発生する音（可聴音）を圧電素子からなる集音手段で集音し、これを解析することにより洗濯機を構成する各アクチュエータの機械的故障を検出することを目的とする。また複数のアクチュエータが関わる故障では、この集音手段で集音した各アクチュエータの音を、各アクチュエータの駆動信号をトリガーとして複数集音し、これを解析することで、故障アクチュエータを特定することを目的とする。また電気的故障検出手段と前記集音手段で集音した音での機械的故障検出手段を組み合わせることで、故障アクチュエータ検出の確度を向上させ、故障対応を迅速、適切に行える洗濯機を提供することを目的とする。
【００１６】
また集音手段で洗濯機動作の異常たとえば脱水時での布片寄りによる槽と外枠の衝突音、槽の振動音を検出することで第１の目的同様に低振動、低騒音な洗濯機を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明洗濯機は、筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、この外槽内に回転可能に設けられた内槽と、この内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子とこの圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、この圧電振動板の外周を支持し、これを水封に内蔵するケースとからなる振動センサを、この外槽の上部あるいは下部に、この圧電素子の分極方向がこの内槽の回転軸と平行となるように設置するようにしたものである。
【００１８】
斯る本発明の圧電素子とこの圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、この圧電振動板の外周を支持し、この圧電振動板を内蔵するケースとからなる振動センサは、圧電ブザー及び可聴音集音器を兼ねた構成となっている。
【００１９】
本発明によれば、この振動センサを圧電素子の分極方向が内槽の回転軸と平行となるように外槽の上部あるいは下部に設置したので、この振動センサをセンサ回路に接続することにより、外槽の縦方向の振動の検出をすることができると共に可聴領域の報知音を発生することができ、また様々な可聴異常音の検出を実現できる。またこれらの検出信号を洗濯機の運転制御に反映させた洗濯機を得ることができる。
【００２０】
洗濯機の内槽の回転数が低い場合には、この振動センサの可聴音出力によって水受け槽である外槽の筐体への衝突を検知し、逆に内槽の回転数が所定値より高い場合には、この振動センサの縦方向振動出力によって布のアンバランスによる外槽の振動を検出して騒音を推定し、騒音に応じて、この内槽の最高回転数及び脱水時間を決定し、この洗濯機の脱水行程を制御する。
【００２１】
これによって、脱水時の騒音抑制できる。さらに振動検出及び衝突検出ができるので、衝突検知レバーの代替ともなり、製品のコストを下げることができる。
【００２２】
また、脱水時、この振動センサの振動検出出力で外槽の振動を常に監視し、振動の大きさに応じて回転数を制御する如くする。これにより、洗濯機は運転を停止することなく振動や騒音を低減することができる。
【００２３】
また、同様に振動振幅の変化を常に監視することにより、振幅の急な上昇等によって異常な振動、騒音が発生するのを未然に防ぐことができる。
【００２４】
また、洗濯、脱水行程等で各種アクチュエータ及び機構部品が発音する可聴音をこの振動センサの可聴音検出出力で監視し、機械的故障の検出及び故障部位の特定を行うことにより洗濯機の信頼性をあげ、故障への迅速な対応ができる。
【００２５】
また、本発明洗濯機は筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、この外槽内に回転可能に設けられた内槽と、この内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子とこの圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、この圧電振動板の外周を支持し、これを水封に内蔵するケースとからなる振動センサを、この外槽の上部及び下部に１個づつこの圧電素子の分極方向がこの外槽の径方向に一致するように設置したものである。
【００２６】
本発明によれば、上述の如き振動センサを外槽の上部及び下部に１個づつこの圧電素子の分極方向がこの外槽の径方向に一致するように設置したので、この２つの振動センサを各々振動センサ回路に接続したときは、この振動検出出力により外槽の上下の横方向の振動を検出することができる。
【００２７】
この外槽の上部及び下部の横方向の振動から、内槽内の布片寄りに起因する外槽の振動モードを判定し、各振動モード毎に布のアンバランスによる外槽の振動を検出して騒音を推定し、この騒音に応じて内槽の最高回転数及び脱水時間を決定し、洗濯機の脱水行程を制御することにより脱水時の騒音を抑制できる。
【００２８】
本発明洗濯機は筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、この外槽内に回転可能に設けられた内槽と、この内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子とこの圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、この圧電振動板の外周をこの金属板を取り付け面に対して傾けた状態で支持し、これを内蔵する防水ケースとから構成された振動センサを、この外槽の上部あるいは下部に、この取り付け面がこの外槽の径方向と平行となるように設置するようにしたものである。
【００２９】
斯る本発明によれば、圧電素子とこの圧電素子を接着した金属板とよりなる圧電振動板と、この圧電振動板の外周をこの金属板を取り付け面に対して傾けた状態で支持し、これを内蔵する防水ケースとから構成された振動センサを、外槽に取り付け、この外槽の振動を検出しているので、この振動センサの取り付け面に対して水平方向及び垂直方向の２方向での振動が検出でき、これによって、上述同様洗濯機の脱水行程を制御することで脱水時の騒音を抑制できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について説明する。尚、本例においては、特別に縦型洗濯機を取り上げ説明するが、縦形洗濯乾燥機やドラム式洗濯機、ドラム式洗濯乾燥機への適用も可能である。
【００３１】
ただし、センサの配置方法に関しては、縦型の洗濯機・洗濯乾燥機に特化しているため、ドラム式洗濯乾燥機に適用する場合は、ドラム式洗濯乾燥機の特性を十分理解した上で適用することが必要である。
【００３２】
本発明洗濯機の実施の形態の一例について、図１〜図１７を参照して説明する。
図１は本例による前面の外枠（筐体）を除いた洗濯機の概略構成図である。図２はこの洗濯機の制御部の構成図である。図３は本例の振動センサの断面図である。図４は本例の他の振動センサの断面図である。図５は本例による振動センサ回路である。
【００３３】
まず、図１を用いて、本例の振動センサを実装した洗濯機についての概略を説明する。図１において、１は洗濯機の外枠（筐体）である。この外枠（筐体）１の上部に、外槽４がダンパ１１を有する吊り棒１０により、揺動自在に懸下されている。外槽（水槽）４の下部には、ＤＣモータ、ギア、クラッチ等を含む駆動部８及び駆動部８を外槽４と連結するフランジ９があり、駆動部８の出力軸は、内槽（洗濯槽兼脱水槽）５及び攪拌翼７の回転軸と締結されている。
【００３４】
また外槽（水槽）４は、下部の一部に孔を有しており、排水ホース１３が排水弁１２を介してその孔と連結している。さらに、外枠（筐体）１の上部にはトップカバー２が設置され、これに洗濯物の投入扉３や外槽４に水道水を給水する給水口及び給水弁１４、振れスイッチ１７等が設置されている。
【００３５】
洗濯時においては、まず給水弁１４から水道水が供給され、外槽（水槽）４に水が溜まる。このとき、排水弁１２は閉じられている。水が所定量供給された後は、給水弁１４を閉じ、駆動部８により攪拌翼７を回転させ、内槽５内の衣類を攪拌することによって汚れを落とす。このとき、攪拌翼７の回転によって外槽（水槽）４内には水流が発生し、衣類は水中で攪拌されるのみであるので、特別問題となる振動は発生しない。
【００３６】
他方、脱水時においては、まず排水弁１２を開き、外槽（水槽）４内の水を排出する。脱水中の残洗剤による発泡、及び衣類により発生するアンバランス等を防止するため、ある程度水が残っている時点で内槽５を回転させる。内槽５の内側及び攪拌翼７の表面には、多数の孔が設けられており、回転する内槽５の中で衣類に含んだ水分を遠心力により取り除くことができる。
【００３７】
このとき、大きな質量（回転モーメント）を持った内槽５（内部に水分を含んだ衣類を有する）が高速回転することになるので、内槽５内部の衣類によって発生する過大なアンバランスが大きな振動及び騒音を生む原因となる。
【００３８】
振れスイッチ１７はマイクロスイッチ等で構成され、このマイクロスイッチと連動するレバー１７ａがトップカバー２から外槽４の周囲近傍に延びている。マイクロスイッチは通常開状態であり、外槽４が外枠に接触するように大きく振れたとき、このレバーに当り、マイクロスイッチは閉となる。
【００３９】
図２に示す洗濯機制御部は、マイクロコンピュータより成るメイン制御ユニット（ＭＣＵ）５０を中心に、ＤＣモータ、ギア、クラッチ等を含む駆動部８を制御する制御回路Ａ５１、給水弁１４及び排水弁１２を各々制御する制御回路５２及び制御回路５３等からなる。ＭＣＵ５０に予め記憶されるプログラムにより給水弁１４、排水弁１２、洗濯時の撹拌翼７の回転、脱水時の内槽５の回転が制御される。
【００４０】
振動センサ１６ａは振動センサ回路５５に接続され、振動センサ回路５５の出力端子Ａ５６はＭＣＵ５０のＡＤ入力端子Ａ５７に接続され、出力端子Ｂ５８は同じく他のＡＤ入力端子Ｂ５９に接続されている。またＭＣＵ５０の出力端子６０は振動センサ回路５５の入力端子６１に接続され、出力矩形波信号で振動センサ回路５５に接続される振動センサ１６ａを圧電ブザーとして発音させる。振れスイッチ１７はＭＣＵ５０の１入力端子に接続され、外槽４がレバー１７ａに接触したことをＭＣＵに知らせる。
【００４１】
次に図３Ａ，Ｂを用いて振動センサ１６ａの構成を説明する。図３Ａ，Ｂにおいて、２１は圧電素子（圧電セラミックス）であり、１端面には銀などの金属を蒸着し、金属薄膜２１ａを形成し、他端面は金属円板２２に接着してある。圧電素子（圧電セラミックス）２１を接着した金属円板２２のことを、特に圧電振動板Ｂｚ１と呼ぶことにする。この圧電素子（圧電セラミックス）２１は、厚み方向に分極されている。圧電素子（圧電セラミックス）２１には、分極方向と同一方向の電圧を印加すると縮み、逆方向電圧を印加すると伸びる性質がある。これを正圧電効果と呼ぶ。
【００４２】
また逆に、分極方向に力Ｆを加えると、力Ｆによる歪みに応じた電圧が出力される。これを逆圧電効果と呼ぶが、この振動センサ１６ａはこの性質を利用したものである。この金属円板２２の外周を圧電振動板ケース２３に、シリコンゴム等で支持する（周辺支持）。一般的な支持方法としては、この他に圧電素子（圧電セラミックス）の周囲の部分を支持する手法もある（節円支持）。
【００４３】
周辺支持では、圧電振動板Ｂｚ１周辺の振動を制御して圧電振動板Ｂｚ１のもつ共振周波数を下げることが可能となる。圧電振動板ケース２３には、圧電振動板Ｂｚ１の振動によって発生する可聴周波数音を共鳴させるように、適切な共鳴空間２６及び共鳴空間上部に孔２７が設けられている。
【００４４】
これは、圧電振動板Ｂｚ１を圧電ブザーとして用いる際には、節円支持及び周辺支持しただけでは、あまり大きな音は得られないため、大きな音圧を得るに、圧電振動板上に共鳴空間２６を設け、さらにこの共鳴空間上部の孔２７で空気との音響インピーダンスを整合させる必要があるためである。
【００４５】
上述の共鳴空間２６及び共鳴空間２６上部の孔２７を適切に設計し、最適な共鳴器を構成することで、このインピーダンス整合を行う。このとき、圧電振動板Ｂｚ１の共振周波数を可聴周波数（例えば、２［ｋＨｚ］程度）となるように設計しておき、共鳴器もこの共振周波数に合わせて設計する。圧電振動板Ｂｚ１の共振周波数の調節は、圧電振動板Ｂｚ１の金属板の厚みや材質、形状等を調整することにより行うことが可能である。
【００４６】
圧電ブザー（サウンダ）としての機能を有するということは、逆に言えば、集音器（マイク）としての役割も持つと言える。集音器によって、顧客のクレームとして大きな要素を占める、「異音」を監視し、その原因の特定をするということは、顧客満足度の向上につながる。
【００４７】
図３において、２５は圧電振動板Ｂｚ１のリード線であり、圧電素子２１にオーミック接続される金属薄膜２１ａ及び金属円盤２２に直接半田付けされる。このリード線２５を、振動センサ１６ａの振動によって断裂したり、振動を阻害したりしないよう注意して外部に出し、これを振動センサ回路５５に接続する。このとき、リード線の取り出し部等から水が入らないようにパッキン等水封の処理を施した後、センサケースカバー２４で全体を密閉する。
【００４８】
ここで、振動センサ１６ａの圧電素子２１部にシリコン等による防水加工を施すことが可能ならば、センサケースカバー２４は不要である。センサケースカバー２４がない方が、前述の集音器としての機能は大きくなる。
【００４９】
センサケースカバーのない振動センサ１６ａを図４に示す。図４において図３に対応する部分には同一符号を付して示す。２１ｂが防水材による被膜（防水コート）である。圧電素子（圧電セラミック）２１全体を覆うように防水コートしている。圧電セラミックは周知のように水分を含み易い。圧電セラミックが水分を含むと逆圧電効果が低下し、振動による逆圧電電圧が減少する。このため湿度の高い洗濯機内部に設置する場合には圧電セラミックへの防水コートが必要となる。
【００５０】
次に、この振動センサ１６ａを接続する振動センサ回路５５について、図５を用いて説明する。振動センサ１６ａを圧電ブザーとして機能させるか、振動センサ１６ａ及び可聴音集音器として機能させるかを切り替える切替回路、圧電ブザーの駆動回路、振動センサの振動検出（逆圧電電圧）信号を増幅する増幅回路、積分回路、フィルタ回路を図５に示す。
【００５１】
図５の回路において、洗濯機のＭＣＵ５０から矩形波信号が入力された際には、圧電振動板Ｂｚ１は圧電ブザーとして働き、それ以外では振動センサ及び集音器として働く。圧電振動板Ｂｚ１を振動センサ及び集音器として機能させる場合、圧電振動板Ｂｚ１の信号を適切に増幅し、積分やフィルタ等をかけ、出力する必要がある。以下ではこれらについて説明する。
【００５２】
圧電振動板Ｂｚ１を、振動センサ及び圧電ブザーおよび集音器として用いる際、問題となるのは、圧電振動板Ｂｚ１に接続する並列抵抗である。圧電素子２１は、セラミクスでできていることから、容量の小さい（数千ｐＦの）コンデンサとみなすことができる。この内部抵抗は、数［ＭΩ］ある。
【００５３】
従って、圧電ブザーとして使用する際には、数［ＭΩ］よりもある程度低い抵抗器（例えば、１．５［ｋΩ］）を並列に挿入し、この抵抗器に電流を流し発生する電圧を圧電振動板Ｂｚ１に印加しなければ、十分な音圧で鳴らすことができない。また、振動センサとして用いる際には、十分に大きい抵抗器（例えば、１［ＭΩ］）を並列に挿入しなければ、増幅する際に電位が浮いてしまったり、信号（歪に応じた逆圧電電圧）が減衰してしまうといったことにつながる。
【００５４】
図５中の、トランジスタＱ１、Ｑ３は、圧電振動板Ｂｚ１に電圧を印加して発音させる（圧電ブザーとして働かせる）駆動回路である。トランジスタＱ２は、圧電振動板Ｂｚ１を圧電ブザーとして機能させるか、振動センサとして機能させるかを切り替えるためのスイッチとして働く。前述の２種類の並列抵抗器を切り替えることで、この圧電振動板Ｂｚ１をそれぞれの用途として用いる際に、最大限の性能を発揮できるように工夫したものである。
【００５５】
ＭＣＵ５０からの入力信号がない場合には、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３はオフ状態であり、圧電振動板Ｂｚ１はＲ１０という並列抵抗器を持つ。この圧電振動板Ｂｚ１は、一端は電源Ｖｃｃ２の電源を分圧する抵抗器Ｒ８とＲ９の接続点及びオペアンプＯｐ１−Ａの反転入力端子−に接続され、他端はオペアンプＯｐ１−Ａの非反転入力端子＋と接続されている。つまり、圧電振動板Ｂｚ１の並列抵抗としては、抵抗器Ｒ１０が有効となる。前述の説明より、抵抗器Ｒ１０は十分に大きい抵抗値例えば、１［ＭΩ］程度とする。
【００５６】
洗濯機のメインＭＣＵ５０からブザーを動作させるための、可聴音周波数の矩形波（例えば、２［ｋＨｚ］）が入力されると、ＮＰＮトランジスタＱ１は入力波形と同じ周波数でスイッチングする。トランジスタＱ１がＯＮすると、ＰＮＰトランジスタＱ３のエッミタ―ベース間に電位差が生じるので、トランジスタＱ３がＯＮとなる。Ｑ１がＯＦＦすると、同様にトランジスタＱ３もＯＦＦとなる。従って、トランジスタＱ３は、トランジスタＱ１と同様に入力波形と同じ周波数でスイッチングする。
【００５７】
ＮＰＮトランジスタＱ２のベース―グランド間にはコンデンサＣ１があり、抵抗器Ｒ５とコンデンサＣ１、もしくは抵抗器Ｒ６とコンデンサＣ１によって低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）を構成している。このローパスフィルタの時定数を適切に選択し、入力に矩形波が入力すると、常にトランジスタＱ２がＯＮ状態になるようにする。ここで、抵抗器Ｒ７が抵抗器Ｒ１０及び圧電振動板Ｂｚ１の内部抵抗に比して十分に小さいので、ブザーを鳴らすときには、圧電振動板Ｂｚ１の並列抵抗器として、常に抵抗器Ｒ７が有効になる。このとき、前述の説明より、圧電振動板Ｂｚ１の内部抵抗よりもある程度低い抵抗値例えば、１．５［ｋΩ］とする。
【００５８】
また、図５において、オペアンプＯｐ１−Ａ及びＯｐ１−Ｂは圧電振動板Ｂｚ１を振動センサあるいは集音器として用いる際の信号の差動増幅を行っている。Ｏｐ１のオペアンプとしては、片電源（Ｖｃｃ２）のものを用いている。これは、洗濯機の回路上に新たにマイナス電源を作る手間を省くためである。
【００５９】
片電源のオペアンプを用いるので、信号増幅時には抵抗器Ｒ８及びＲ９で電源Ｖｃｃ２の電圧を分圧してＶｃｃ２／２という基準電圧を作り、オペアンプにバイアス電圧として入力することで、電圧Ｖｃｃ２／２を中心に電圧０〜Ｖｃｃ２の出力を得るようにしている。
【００６０】
このＶｃｃ２／２という電圧は、前述のとおり、圧電振動板Ｂｚ１にも入力されている。これは、片電源のオペアンプの入力に電圧Ｖｃｃ２／２というバイアスが常にかかっているため、圧電振動板Ｂｚ１にＶｃｃ２／２のＤＣ電圧が常にかかってしまうことを防止するためである。圧電素子２１にＤＣ電圧をかけると、圧電素子２１の表面に蒸着した銀等の薄膜がマイグレーションをおこす可能性があり、これを防止する。
【００６１】
信号の増幅には、高入力インピーダンスの差動増幅器を構成した。圧電素子２１のような微少信号の信号増幅においては、ノイズ対策に関しては十分に注意を払う必要がある。洗濯機においては、ＡＣ電源のノイズやモータの駆動回路であるインバータのスイッチングノイズ等、様々なノイズが多く存在する。振動センサ１６ａの布線は、比較的長く引き回す必要があるので、これらのノイズへの対策は避けて通れない問題となってくる。差動増幅器はコモンモードノイズを除去可能であるという利点を持つことから、微少信号を取り扱うセンサ回路に多用されている。しかし、オペアンプを１つだけ用いて構成される、通常の差動増幅器においては、オペアンプの入力端子と信号源に接続される抵抗器によって入力インピーダンスが決まってくる。圧電振動板Ｂｚ１の内部抵抗が数［ＭΩ］と大きな抵抗であるため、入力インピーダンスを高くしなければ、入力信号が目減りし、ノイズに埋もれてしまう可能性がある。
【００６２】
また、フィードバック抵抗を大きくして増幅度を上げすぎると、誘導ノイズによる影響を受けやすくなる。従って、入力インピーダンス・増幅率という２重の面で不利となる。
【００６３】
これを解決するために、オペアンプＯｐ１−Ａ及びＯｐ１−Ｂという２つのオペアンプを用いて差動増幅器を構成した。差動入力はいずれもオペアンプの非反転入力端子となっており、入力インピーダンスはオペアンプの入力インピーダンスそのものとなる。また、発音動作を行う際、トランジスタＱ３がオンオフするため、この非反転入力端子には電源Ｖｃｃ１の電圧が印加されるため、保護のためこの非反転入力端子に適当な抵抗器Ｒ１２、Ｒ１５を挿入してある。
【００６４】
また、差動増幅器でも取りきれない、ＡＣ電源による５０［Ｈｚ］、６０［Ｈｚ］の誘導ノイズを取り除くために、オペアンプＯｐ１−Ｃではノッチフィルタ（バンドリジェクトフィルタ）を構成している。
【００６５】
さらに、オペアンプＯｐ１−Ｄで、洗濯機のＭＣＵ５０のＡ／Ｄコンバータ端子のレベルに合わせるよう、反転増幅器を付加している。このオペアンプＯｐ１−Ｄの入力はコンデンサＣ１１で直流をカットしている。
【００６６】
これは温度によって振動センサ１６ａのケースが変形した場合、圧電振動板Ｂｚ１に静的な応力が加わり圧電素子２１にＤＣ電位が発生し、反転増幅器の出力電位が変動して、振動成分（交流成分）がクリップするのを防止するためである。またオペアンプのオフセット電圧あるいは抵抗器のバラツキにより反転増幅器の出力電位が変動して、振動成分（交流成分）がクリップするのを防止するためでもある。
【００６７】
圧電振動板Ｂｚ１から得られる信号は、加速度の信号であるため、周波数依存性があり、周波数が大きいほど出力が大きくなる。これを取り除くには、積分をかけることが必要となる。圧電振動板Ｂｚ１から得られる信号は、１回の積分で速度に比例する信号、２回の積分で振動に比例する信号となる。積分は、図５における増幅回路中のコンデンサＣ３及びＣ８を付加することで行っている。図５では、積分を２重にかけており、理想的には振動の加速度情報は振幅情報となる。
【００６８】
このとき、積分をかける周波数範囲を約５［Ｈｚ］以上とした。これは、洗濯機における一次共振周波数及び二次共振周波数における外槽４の振動あるいは外槽４と洗濯機筐体１との衝突は、加速度信号のまま取り出すことで、衝撃の大きさとして検知しようとしたためである。つまり、脱水回転数が５［Ｈｚ］以下の場合、外槽４と洗濯機筐体１との衝突検知を行い、脱水を起動した後は、振動の振幅を検出する。これは以下の理由による。
【００６９】
洗濯機外槽４の振動を監視する振動センサ１６ａ及び振動センサ回路５５の周波数帯域としては、洗濯機外槽４の一次共振周波数が１〜２［Ｈｚ］程度、また二次共振周波数が３〜４［Ｈｚ］程度であり、最高脱水回転周波数が約２０［Ｈｚ］程度であることを考えれば、１［Ｈｚ］から２０［Ｈｚ］もあればよい。
【００７０】
しかし、圧電振動板Ｂｚ１は加速度を検出するもので、１〜４［Ｈｚ］という周波数では、振動振幅が大きくても加速度は小さいため、圧電振動板Ｂｚ１の電圧出力は小さい。このため、回路増幅度は大きくする必要がある。（積分をかけるとはそのコーナー周波数以上で増幅度を下げることになる。）
【００７１】
従来、洗濯機の異常振動検出装置としてよく用いられている、振れスイッチ１７は、加速度値検出では困難な極低周波の１次共振、２次共振の振動振幅（振れ量）を検知し、脱水行程の起動許可／不許可を判断していた。
【００７２】
二重積分をかけないで、振動加速度を出力する場合には、コンデンサＣ３、Ｃ８は不要である。ただし振動加速度出力は上述のように脱水周波数（回転数）に依存するため、この値を制御等に用いる場合は周波数（回転数）で補正する等の注意が必要になる。本例では二重積分をかけた振動振幅出力として以降取り扱う。
【００７３】
さらに、差動増幅回路に接続されるＯｐ２−Ａ、Ｂのオペアンプは、バンドパスフィルタを構成している。この段では、高入力インピーダンス差動増幅器で増幅した信号の可聴音領域の周波数をもつ信号のみを取り出している。ここで、バンドパスフィルタの通過帯域周波数は、可聴音領域（約３００〜３［ｋＨｚ］）に設定しておく。これは、前述の集音器を実現するための回路である。
【００７４】
以上述べてきた振動センサ回路５５によって、振動センサ、圧電ブザー及び集音器を駆動あるいは振動検出出力を増幅することが可能となる。
【００７５】
振動センサ１６ａ及び振動センサ回路５５を図１の洗濯機に搭載する。振動センサ１６ａは、外槽４の振動を直接測定するため、外槽４に設置する。
【００７６】
洗濯機では洗濯中に布が絡み、脱水するために洗濯水を排水した状態では、布が内槽（洗濯兼脱水槽）５の底面に均等に沈降することはない。そして脱水では、内槽（脱水槽）５周辺に布が片寄った状態で張り付きながら、遠心脱水されることになる。この布の片寄りによって、内槽５はアンバランスな状態で高速回転し、振動する。この振動は反作用として、外槽４を振動させる。この外槽４の振動を振動センサ１６ａで検出する。
【００７７】
図６Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１に示す洗濯機に発生する前述アンバランスの代表例を示す模式図である。実際のアンバランスはある広がりを持っているが、ここでは簡単のために、等価的な質点で表している。
【００７８】
図１のような洗濯機においては、布片寄りによるアンバランスは、図６Ａに示す如く▲１▼内槽の上部のみに発生する場合、図６Ｂに示す如く▲２▼内槽の下部のみに発生する場合、図６Ｃに示す如く▲３▼内槽の上下同位置に発生する場合（同相）、図６Ｄに示す如く▲４▼内槽の上下対向の位置に発生する場合（逆相）、の代表的な４種類が考えられる。図６中の１８がアンバランス質量である。
【００７９】
▲１▼の場合は、外槽の上部が激しく振動し、下部は上部に比較すると、振動が少ない。▲２▼の場合は、下部が特に激しく振動するが、上部も下部には及ばないが、振動する。▲３▼の場合は、上部も下部も同相で振れ、大きな振動が発生する。特に一次モードの振動が大きい（図７Ｂ参照）。▲４▼の場合は、上下が逆相に振れ、中心に節ができ、上下が大きく振動する（図７Ｃ参照）。
したがって外槽４に振動センサ１６ａを設置するには、節のできる外槽４の上下の中心付近はさけるのが良い。
【００８０】
図７Ａは、これらアンバランスに起因する洗濯機外槽４の脱水時における典型的な振動特性の図である。図７Ｂは、１次モード（共振）時（約１［Ｈｚ］〜２［Ｈｚ］）の内槽５と外槽４の振動状態を示し、図７Ｃは、２次モード（共振）時（約３［Ｈｚ］〜４［Ｈｚ］）の内槽５と外槽４の振動状態を示し、図７Ｄは、３次モード（共振）時近傍（約１２［Ｈｚ］〜１５［Ｈｚ］）の内槽５と外槽４の振動状態を示す。
【００８１】
脱水が開始されると、まず毎分１００回転付近で１次モード（共振）の振動を起こす。１次モード（共振）時は、上下が同相に（並進して）振動する。これは外槽４を垂下する吊り棒１０の振り子運動による並進振動である。さらに回転が上がると毎分２００回転付近で２次モード（共振）の振動を起こす。２次モード（共振）時は、上下が逆相に（コニカルに）振動する。これは外槽４下部重心を吊り棒１０で支持しているために起こるコニカルな振動である。
【００８２】
これを過ぎると振動が一旦小さくなる。そして回転が毎分１０００回転を超える３次モード（共振）近傍では、上下が逆相に（コニカルに）振動しながら、内槽５と外槽４が逆位相で振動する。この回転数では、一般的な洗濯機の外槽４、内槽５は剛体として運動しなくなり内槽５と外槽４が逆位相で振動するようになる。このため内槽５と外槽４が接触して異音を発生する場合がある。
【００８３】
さらに回転数があがると外槽４の固有振動数での大きな共振を引き起こす。これを３次モード（共振）と呼ぶ。普通脱水回転数はこの３次モードより低い回転数に制限しておく。
【００８４】
図１では、振動センサ１６ａを洗濯機外槽４の上部に１つだけ配置している。これは、以下のような理由による。
【００８５】
図１の洗濯機の重心は、外槽４の中心から下部に位置していて、その近傍を吊り棒１０によって支持し、外枠（筐体）１に吊っている。従って、下部の振動はダンパ１１によって比較的良く抑えられるのに対し、重心及び支持点から遠い位置にある水槽上部の振動は、大きく出てしまうということが言える。ただし、下部のみに大きなアンバランスが発生した場合、上部の振幅に対して下部の振幅が大きくなる。
【００８６】
しかし、実際の洗濯行程での脱水時に発生するアンバランスは、洗濯物の容量が少ない場合を除いては、上下に同相もしくは逆相で発生することがほとんどである。容量が少ないときは、発生するアンバランスも少ない。異音が発生するような危険な振動では、下部よりも上部の方が大きく揺れる。また同様の理由で、外槽４が外枠（筐体）と始めに衝突する際にも、外槽４上部が当たることが多い。従って、振動センサの外槽上下方向での配置位置としては、上部に配置することが望ましい。
【００８７】
図８Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、実験により求めた、種々の布片寄りアンバランス状態における外槽４上部及び下部の振動と騒音の関係を示す。振動については、縦方向（上下方向、内槽５の回転軸に並行な方向）と横方向（左右方向、外槽４の径方向）を別別に示している。図８Ａは上部横方向振動と騒音の関係、図８Ｂは上部縦方向振動と騒音の関係、図８Ｃは下部横方向振動と騒音の関係、図８Ｄは下部縦方向振動と騒音の関係を示す。これから布片寄りアンバランスにより発生する振動に起因する騒音は、横方向振動との相関はなく、縦方向振動と相関することがわかる。
【００８８】
図９Ａに、実験により求めた、４種類のアンバランス状態における脱水回転数と騒音の関係を示す。同図９Ｂには回転数６００、７５０，８５０ｒｐｍでの外槽４上部縦方向振動振幅と騒音の関係を示す。実線は各回転数におけるデータの直線近似を示す。さらに同図中の矢印線はデータの回転数増による遷移を示す。
【００８９】
図９Ａから、騒音は脱水回転数に比例し、各アンバランス状態でこの比例係数はほぼ同一である（４本の線が平行している）ことがわかる。脱水回転数が１００ｒｐｍ増加すると、約３ｄＢ騒音は増加する。この増加は振動振幅が増加することによる。
【００９０】
図９Ｂから外槽４上部縦方向振動振幅と騒音もほぼ比例関係にあり、回転数が増加すると振動振幅も増加し、これによって騒音も増加することがわかる。６００から８５０ｒｐｍの範囲では、回転数が１００ｒｐｍ増加すると、振動振幅は１ｍｍｐ−ｐ増加し、騒音は３ｄＢ増加する。（図中には後述の脱水行程制御の説明にもちいる閾値Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２等も示してある。）
【００９１】
以上より、騒音の抑制を目的に振動センサ１６ａを用いて脱水回転数を制御するには、振動センサ１６ａは圧電素子２１の分極方向が内槽５回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するように設置するのが良い。この場合には、振動センサ１６ａは外槽４上下いずれかに一つ設置すればよい。そしてこの縦方向振動を基に、図９Ａ、Ｂの脱水回転数と騒音の関係、縦方向振動と騒音の関係から制御すれば良いことがわかる。実際の制御例は後述する。
【００９２】
図１０に、図１における振動センサ１６ａの外槽４への設置詳細を示す。振動センサ１６ａは圧電素子２１の分極方向（図中ａｂ線）が内槽５の回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するように外槽４上部の外側に設置している。上部に設置するのは、圧電ブザーとして機能させる場合、使用者が聴取する音圧の面でも有利である。
【００９３】
図１１に、他の振動センサ設置例を示す。これは振動センサ１６ａを外槽４上部の上側に設置した場合である。図１０と同様に振動センサ１６ａは圧電素子の分極方向（図中ａｂ線）が内槽５の回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するよう設置される。なおこの場合、振動センサ１６ａはなるべく振動レベルが大きい外槽４上部円周周辺に設置するのが良い。
【００９４】
図１２に、他の振動センサ設置例を示す。これは振動センサ１６ａを外槽４下部の底面に設置した場合である。図１０と同様に振動センサ１６ａは圧電素子２１の分極方向（図中ａｂ線）が内槽５の回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するよう設置される。なおこの場合、振動センサ１６ａは振動レベルが大きい外槽４の底面の円周周辺（内槽回転軸から離れた）に設置するのが良い。
【００９５】
なお図１０から図１２の振動センサ１６ａは図３に示すものであるが、図４に示す振動センサあるいは後述図１３の振動センサモジュールの場合も、圧電素子の分極方向（図中ａｂ線）が内槽回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するよう設置すれば良い。
【００９６】
図１３に、図３、４の構造とは異なる振動センサ１６ａの構造を示す。図３、４と対応する部分には同一符号を付して示す。本振動センサは、図３、４の圧電振動板Ｂｚ１に接続される引出し線２５を電極兼支持脚３１、３２となる板バネ状の金属板としたものである。図１３Ａは振動センサ概観、図１３Ｂは電極兼支持脚の取付詳細、図１３Ｃは振動センサを振動センサ回路とともにケース内に固定しモジュール化した振動センサモジュールを示す。
【００９７】
電極兼支持脚３１、３２となる板バネ状の金属板が圧電振動板ケース２３を介して取り付けられている。この金属板は、一枚の板バネから電極部３１ａ、３２ａと支持脚部３１ｂ、３２ｂを切り出して作成する。ただしこれは、２つを完全に切り離すことなく、切り込みを入れることで実現する。電極部３１ａ、３２ａは支持脚部に比較して十分に細くする。これらは、根元で一体となっているが、この一体となった部分を利用して圧電振動板ケース２３へ固定する。
【００９８】
従って、圧電振動板ケース２３の金属板取り付け部及び金属板根元部の各々にかん合するための構造を設けておく。電極兼支持脚３１、３２と圧電振動板ケース２３をかん合させた後、電極部３１ａ、３２ａの先端を圧電振動板Ｂｚ１に半田付けする。
【００９９】
この電極兼支持脚３１、３２は、この２本の電極兼支持脚３１、３２の支持脚部３１ｂ、３２ｂ先端を回路基板３３の所定位置にはんだ付けし、この回路基板３３に図５の振動センサ回路５５を実装している。そして、これらを収納ケース３４内にいれモジュール化したものである。
【０１００】
収納ケース３４には、振動センサ１６ａを固定する円形リブ３５が上面内側にあり、この中に圧電振動板ケース２３が収まる。これは振動センサ１６ａが左右に振れて、電極兼支持脚３１、３２に過大な繰り返し応力が掛かるのを防止する。回路基板３３の上面及び下面には電子部品、配線パターンを覆うように防水性の樹脂３６がコートされている。回路基板３３にはコネクタ３７が実装され、振動センサ回路５５への電源および信号線３８が収納ケース３４から引き出されている。そして収納ケース３４にはこれをねじ等で設置するためのねじ孔３９が設けてある。
【０１０１】
このように、振動センサ１６ａと振動センサ回路５５を収納ケース３４に一体化したことで、振動センサ１６ａと振動センサ回路５５の接続は最短で行われ、かつ振動センサ１６ａの出力信号は増幅された低出力インピーダンス信号となる。結果この出力線を長く伸ばし引き回した場合でも、メインＭＣＵ５０のＡＤ入力端子へのノイズ混入が抑えられる。つまり洗濯機への実装設計を容易にすることができる。
【０１０２】
図１４は図１例の上面から見た概略図である。振動センサ１６ａは外枠（筐体）１の４隅から外槽４を吊っている吊り棒１０のいずれか一つの近傍配置される。
【０１０３】
外槽４は外枠（筐体）との干渉がなければ、外枠（筐体）１の中で上方からみて楕円もしくは円を描くように回転する。外槽４が、外枠（筐体）１と干渉（もしくは、外枠１へ取り付けたダンパ１１等との干渉）している場合は、洗濯機の前後方向や左右方向へ偏った振動が発生し、振動センサ１６ａの設置位置によっては、外枠１と干渉によって振動の大きさを正しく観測できない恐れがある。これに対しては、図１４に示すように、外槽を吊っている四隅のいずれか、もしくはその周辺に振動センサを配置する（洗濯機の対角線上に配置する）ことで回避できる。また、この配置方法は、振動センサ１６ａと外枠との衝突の危険性を減らしてくれるというメリットも有している。
【０１０４】
また、外槽４と外枠１との衝突検出に関しても、従来の振れスイッチ１７のレバー１７ａでは、外槽４が洗濯機の前後方向もしくは左右方向に振れた場合、レバー１７ａに外槽４が接触せず、衝突の検出ができないという問題が発生していたが、本例では振動センサ１６ａを用いることで外槽振動そのものを検出するため、上述問題を回避することが可能となる。
【０１０５】
次に本例による騒音を抑制する脱水行程制御例について、図１５を用いて説明する。
図１５のフローチャートは、洗濯機の脱水行程を制御するためのフローチャートである。前述した振動を検出するための手段つまり振動センサ１６ａと振動センサ回路５５を有することを前提条件とする。このような洗濯の脱水行程はＭＣＵ５０に予め記憶されたプログラムによって、洗濯機制御部で実行される。この脱水行程において、振動センサ１６ａによる情報をもとに、脱水初期は外槽と外枠の衝突を監視し、脱水後期は外槽の振動を監視する。
【０１０６】
図１５において、ステップＳ６はタイマ割り込み等によって周期的に発生する割り込み処理であり、ステップＳ１から始まるフローとは別に、脱水行程制御のバックグラウンドで、モータ回転数や振動センサ１６ａからの外槽振動情報の取得、経過時間等のチェックの他、モータを制御する制御回路５１への司令を行っている。振動センサ１６ａからの情報取得とは振動センサ１６ａが接続される振動センサ回路５５の出力端子Ａ５６からの信号をＭＣＵ５０のＡＤ入力端子Ａ５７で読み込み、信号の極大、極小値から信号振幅を得ることである。この信号振幅が外槽の縦方向振動振幅に相当する。
【０１０７】
ステップＳ１で脱水が開始されると、所定の脱水回転数Ｎ１まで回転数を上げる（ステップＳ２、Ｓ３）。これは、一次共振周波数、もしくは二次共振周波数に近い回転数とする。回転数がＮ１に至ったら、そのときまでの外槽４と外枠１の衝突回数が所定数Ｃｎより多かったら（ステップＳ４）、布片寄りによるアンバランスが大きいと判断して、脱水の起動を断念し（内槽５の回転を停止）（ステップＳ５）、回転翼を回転させ、内槽５中の衣類をほぐしてアンバランスを低減する（リバランスと呼ぶ）（ステップＳ６）。
【０１０８】
ここで外槽４と外枠１の衝突回数は振れスイッチ１７からの情報すなわちマイクロスイッチの開閉回数から得る。あるいは、集音器で外槽４と外枠１の衝突音を検出してもよい。具体的には、振動センサ回路５５の出力端子Ｂ５８からの信号をＭＣＵ５０のＡＤ入力端子Ｂ５９で読み込み、信号の極大、極小値から信号振幅を得、これを所定の閾値と比較し、閾値を越えた場合に衝突と判断してこの回数を数えることで行う。
【０１０９】
また二次共振周波数近傍（縦方向振動成分が大）では、この振動センサ１６ａの振動検出出力でも外槽４と接触するような異常に大きな縦方向振動を検出することができる。衝突音によるのと同様、振動センサ回路５５の出力端子Ａ５６からの信号をＭＣＵ５０のＡＤ入力端子Ａ５７で読み込み、所定の閾値と比較して二次共振での衝突を検出してもよい。
【０１１０】
ここで、何度リトライしてもアンバランスが小さくならない場合は（トライ数が所定数Ｘ以上）、脱水エラーとして脱水行程を停止する（ステップＳ８、ステップＳ１８）。
【０１１１】
アンバランスが、過大でないと判断したら、再びある回転数Ｎ２まで回転を上げる（ステップＳ７、ステップＳ９）。ここで、現在の振動センサ１６ａからの振動振幅を予め定めた閾値Ａ１、Ａ２と比較し（ステップＳ１０、ステップＳ１１）、発生アンバランスによる騒音を推定し、最高脱水回転数Ｎｍ、脱水時間Ｔｄを決める（ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４）。次のこの閾値の定め方を説明する。
【０１１２】
今、Ｎ２＝６００ｒｐｍとし、二つの閾値Ａ１、Ａ２で、脱水行程の最高脱水回転数をＮｍ０＝６１０ｒｐｍ、Ｎｍ１＝７５０ｒｐｍ及びＮｍ２＝８５０ｒｐｍに振り分ける処理を前述図９（ｂ）を用いて説明する。
【０１１３】
図９Ｂにデータの遷移（実線矢印）と平行な一点鎖線を、８５０ｒｐｍデータの近似直線と騒音５０ｄＢ線の交点を通るように引く。同様に７５０ｒｐｍデータの近似直線と騒音５０ｄＢ線の交点を通るような一点鎖線を引く。これら交点から垂直に振動振幅軸に矢印をおろし、この矢印が示す振動振幅値をＢ１、Ｂ２とする。
【０１１４】
またこれらの一点鎖線が６００ｒｐｍデータの近似直線と交わる点から垂直に振動振幅軸に実線矢印をおろし、この矢印が示す振動振幅値が閾値となる。図中Ａ１、Ａ２で示す。
【０１１５】
これは次のことを意味する。６００ｒｐｍでＡ１の振動振幅値をもつデータは８５０ｒｐｍに回転数が増加すると、振動振幅もＡ１からＢ１に増加、これに伴い騒音４２ｄＢから５０ｄＢに増加する。
【０１１６】
最高脱水回転数Ｎｍ（＝Ｎｍ０ｏｒＮｍ１ｏｒＮｍ２）での騒音を５０ｄＢ以下に抑えるためには、図から検出振動振幅がＡ１＝１．１ｍｍｐ−ｐより小さい場合は、最高脱水回転数をＮｍ２＝８５０ｒｐｍ、１．１ｍｍｐ−ｐ以上３．３ｍｍｐ−ｐまでは最高脱水回転数をＮｍ１＝７５０ｒｐｍ、３．３ｍｍｐ−ｐ以上では最高脱水回転数をＮｍ０＝６１０ｒｐｍに設定すれば、騒音を５０ｄＢ以下にすることが可能となる。
【０１１７】
なお脱水時間Ｔｄについては脱水率を同じにするため、Ｎｍ０ではＴｄ０、Ｎｍ１ではＴｄ１、Ｎｍ２ではＴｄ２、（Ｔｄ０＞Ｔｄ１＞Ｔｄ２）とする。例えばＴｄ０＝１２分、Ｔｄ１＝１０分、Ｔｄ２＝８分とする。
【０１１８】
以上の処理すなわち振動センサ１６ａからの振動振幅値を閾値Ａ１、Ａ２で分類し、それぞれに最高脱水回転数Ｎｍ、脱水時間Ｔｄを割り当てる処理がｓｔｅｐ１０からｓｔｅｐ１４である。
【０１１９】
次にモータへの電圧を最高脱水回転数がＮｍ０、Ｎｍ１、Ｎｍ２となるように設定し、脱水回転数を増加させる（ステップＳ１５）。時間がたてば、回転数は最高脱水回転数に到達する。ここで、経過時間を監視し（ステップＳ１６）、脱水時間が設定した時間（Ｔｄ０、Ｔｄ１、Ｔｄ２）に達したらモータの回転を停止して（ステップＳ１７）、脱水を終了する（ステップＳ１８）。
【０１２０】
このフローチャートの脱水行程で、最高脱水回転数を振動センサが検出する振動振幅で調整することにより目的である騒音を５０ｄＢに抑制することが可能となる。
【０１２１】
また図１６のフローチャートは、洗濯機の他の脱水行程を制御するためのフローチャートである。図１６で図１５と対応する処理部には同一符号を付して示す。
図１５と違う点は、最高脱水回転数に到達した後、振動振幅によって脱水回転数を再調整する点である。
【０１２２】
脱水中の洗濯物によるアンバランスは、洗濯物の含水量変化（綿繊維は水分が抜け難いが、合成繊維は抜け易い。）や洗濯物の移動によって変化する場合がある。従って、このような手法を用いて、アンバランス状態の変化により振動振幅が推定より増加し結果騒音も増加するのを防止する必要がある。よりロバストな制御を行うことは重要である。
【０１２３】
図１５と同一符号の対応する処理の説明は省略する。設定最高脱水回転数により、現在回転数での振動振幅を閾値Ｂ１、Ｂ２と比較し現在脱水回転数を減少させる処理（ステップＳ１９〜ステップＳ２３）を導入している。
【０１２４】
設定最高脱水回転数を判別し（ステップＳ１９〜ステップＳ２０）、Ｎｍ＝Ｎｍ２の時、振動振幅が閾値Ｂ１より大であれば（ステップＳ２１）、回転数を所定量Δ例えば２０ｒｐｍだけ減少させる（ステップＳ２３）。以下であればなにもしない。回転数の減少はモータへの印加電圧を減少させることで行う。
【０１２５】
慣性のためモータ回転数が減少するのに時間がかかるため、所定のなにもしない待機時間Ｔを挿入している。閾値Ｂ１は前述したように、回転数がＮｍ２の時、騒音が５０ｄＢである振動振幅値である。これを越えることは騒音が５０ｄＢを越えることを意味する。
【０１２６】
同様にＮｍ＝Ｎｍ１の時、振動振幅が閾値Ｂ２より大であれば（ステップＳ２２）、回転数を所定量Δ例えば２０ｒｐｍだけ減少させる（ステップＳ２３）。以下であればなにもしない。Ｎｍ＝Ｎｍ０の時はなにもしない。
以上説明のフローチャートでは、脱水行程中にアンバランス状態が変化しても騒音を５０ｄＢ以下に抑えることが可能となる。
【０１２７】
また、図１７は洗濯機の他の脱水行程を制御するためのフローチャートである。図１７で図１５、１６と対応する処理部分には同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１２８】
図１７が図１５、図１６と異なるのは、回転数がＮ１を越えてから、常に振動振幅を監視し、振動振幅により脱水回転数を最高脱水回転数以下で増減する点である。
【０１２９】
今最高脱水回転数Ｎｍａｘを８５０ｒｐｍとし、この回転数で騒音５０ｄＢを越える振動振幅値Ｂ１（図９Ｂ参照）を閾値とする制御を考える。
【０１３０】
Ｎ２を越えたら、更に脱水回転数を増加してゆく（ステップＳ７）。振動センサからの振動振幅を監視しながら、閾値Ｂ１と比較判断する（ステップＳ３０）。閾値Ｂ１より小さければ回転数を所定量Δ増加させる（ステップＳ３１）。閾値Ｂ１以上であれば回転数をΔ減少させる（ステップＳ３２）。そして現在の脱水回転数が最高脱水回転数Ｎｍａｘを越えたかを判断する（ステップＳ３３）。越えたならば回転数をΔ減少させる（ステップＳ３２）。脱水時間を監視しながら（ステップＳ１６）、以上を繰り返す。
【０１３１】
これによって、脱水回転数は最高脱水回転数Ｎｍａｘ＝８５０ｒｐｍに制限されながら、騒音５０ｄＢ以下の定常回転数になる。この時、定常時の脱水回転数は振動振幅すなわち布片寄りによるアンバランス状態、量で種々の値をとる。
【０１３２】
図１７に振動振幅の変化量を制御に加えてもよい。これは、以下の理由による。
【０１３３】
脱水回転数をどんどん上げていくと、洗濯機の振動はやがて３次モードの共振点に近づく。これは、洗濯機の内槽５と外槽４が逆相に振れるれる振動であり、振動が大きくなると内槽５と外槽４が衝突し、内槽５の回転軸中心がずれ、洗濯物を投入しなくともアンバランスを持ってしまう。このとき、過大な振動と騒音が発生するため、このような振動モードは防ぐ必要がある。３次モードの共振点に近づくと、外槽の振動は急激に増加するという特徴を見せる。
【０１３４】
従って、振動の変化を監視し、急激な増加に至るような現象が起こった場合、回転数を抑えるという制御を図１７に示した制御に加える。
【０１３５】
また、最高脱水回転数Ｎｍａｘは上述のように一定の値にしても良いし、洗濯開始時に洗濯物の布量のセンシングをし、その布量に応じた値にしても良い。
【０１３６】
次に、振動センサ１６ａの集音機能を用いて機械部品の故障を判断する制御を説明する。
【０１３７】
図１の洗濯機においても様々なアクチュエータを搭載しているが、実際の洗濯機や洗濯乾燥機においては、さらに多くのアクチュエータを有している。それらは独立して動作することが可能となっており、ＭＣＵ５０により全てが制御されている。
【０１３８】
洗濯機において、運転開始時のコース選択・入力作業時や、一時停止時・運転終了時などには、それを伝えるための報知音を振動センサ１６ａを圧電ブザーとして使用することにより発生させる。また、脱水時においては、外槽４の振動を検出し、前述した振動・騒音を抑える制御を行う。
【０１３９】
さらに、洗濯機の運転中には、集音器としての機能を発揮させ、各種アクチュエータ例えば給水弁、排水弁、クラッチ、ギヤなどの異常な音を検知する。このとき、周囲の騒音等に紛らわされたりすることなく、洗濯機から発生する異常音のみを検知することが必要となる。これに対しては、ＭＣＵ５０が各アクチュエータを制御するため、自身がこれらを動かすタイミングに合わせて、集音することにより対応する。
【０１４０】
この集音器を用いれば、洗濯機の各アクチュエータが発生する様々な音の収集が可能である。つまりこれは、騒音を検知することの出来るセンサと言え、この騒音レベルこれによって各アクチュエータの動作異常音を検知しこれらの故障を推定することも可能となる。
【０１４１】
また、ＭＣＵ５０がその動作を制御する各アクチュエータからの異音をその制御タイミングで得ていることから、異音の発生源の特定が可能となる。ＭＣＵ５０はアクチュエータのオン信号を発するとともに、集音器のデータ取りこみをスタートし、アクチュエータの動作音を取りこむ。続いて、アクチュエータのオフ信号を発するとともに、上記集音器のデータ取りこみを停止する。さらに、前述のようにして得た洗濯機の様々な異音に対して、ＭＣＵ５０のソフト上でＦＦＴやウェーブレット変換をかければ、様々な音をスペクトルに分解することができる。
【０１４２】
このとき、洗濯機の各アクチュエータの発生する音の固有振動数・正常動作における音圧レベル等が予めわかっているならば、それらと比較することにより洗濯機の各アクチュエータの故障をさらに詳しく判定することが可能となる。
【０１４３】
従来より故障診断においては、電気的な検出手段を講じるのが一般的である。これは、コストの面からも好ましい手法であると思われる。しかし、このような手法においては、電気の介在する要素の故障診断しかできないということになる。例えば、ギアやクラッチのかん合不良や軸受けの異常音、摩擦音などといった洗濯機運転時の不快な音に関する不良（クレーム）は多い。本故障診断を用いれば、上述の不良をサービスマンが細部に渡り点検を行うことなく、洗濯機自身で自動的に診断でき、非常に有効である。
【０１４４】
次に、２個の振動センサ１６ａ、１６ｂを外槽４に設置する場合を説明する。外槽４は外枠（筐体）１との干渉がなければ、外枠１の中で上方からみて楕円もしくは円を描くように回転する。従ってこの横方向振動は、振動センサ１６ａを、その圧電振動板の厚み方向（分極方向）が外槽４の中心部を向く方向と一致するように、外槽４に取り付けて検出することができる。
【０１４５】
前述したように上下対向の位置にアンバランスが発生したとき、外槽４のどこか一点に必ず振動の節となる点が存在する。このような節で振動を測定した場合、この点での振幅がほとんどないにも関わらず、上下が激しく振動することがある。従って、二つの振動センサ１６ａ、１６ｂを設置する場合にも、このような節の影響が出ない外槽４上部と外槽４下部に一つずつ取り付けることが有効である。
【０１４６】
図１８に、２個の振動センサ１６ａ、１６ｂの外槽４設置例を示す。外槽４横方向振動を検出するように振動センサ１６ａ及び１６ｂを外槽４上部及び下部に各１個、同一鉛直線上に設置する。これら振動センサ１６ａ、１６ｂは図３に示すものであるが、図４、図１３に示すものであってもよい。
【０１４７】
図１９は本例の洗濯機制御部の構成図である。図１９において、図２と対応する部分には同一符号を付して示し、新たに振動センサ回路６２を付加している。振動センサ回路６２には、圧電センサ１６ｂが接続され、回路の信号出力端子Ｃ６３はＭＣＵ５０のＡＤ入力端子Ｃ６４に接続される。
【０１４８】
図２０に振動センサ回路６２の詳細を示す。図２０において、図４と同一符号は同一物をしめす。振動センサ回路６２は、図４の振動センサ回路５５から、圧電ブザーの駆動回路、切替回路、可聴音のバンドパスフィルタを除いたものである。単に圧電振動板Ｂｚ１に発生する電圧信号を増幅する差動増幅器、ノッチフィルタ、二重積分を有する反転増幅器で構成されている。
【０１４９】
次にこの例の動作を図１８、図１９、図２０を用いて説明する。
【０１５０】
前述の通り、洗濯機は様々なモードで振動する。圧電素子は厚み方向に分極されていることから、このような設置方法では、外槽４の振動の横方向成分（左右方向の振動）をピックアップしていることに他ならない。
【０１５１】
前述したように、一つの振動センサ１６ａを外槽４上部あるいは下部に縦方向振動を検出するように設置した場合には次の問題点が考えられる。外槽４がコニカルな振動成分を強く発生させた場合（多くの場合、２次モード）、振動センサ１６ａの縦方向検出値は小さいのに、実際は横方向で非常に危険な振動状態であるという可能性が考えられる。
【０１５２】
一般に縦方向と横方向の振動振幅のレベル比は１対３以上となる。また、下部のみにアンバランスが発生している場合、外槽４下部の振動振幅に比して外槽４上部の振動振幅は約１／３程度になることが経験的にわかっている。これは、上部のみにアンバランスが発生したときも同様である。
【０１５３】
つまり、振動センサをただ１つつけた場合においては、横方向の振動が外枠１と外槽４の衝突あるいは外槽４と内槽５の衝突といった危険なレベルであるにも関わらず、検出できない振動モード（アンバランス状態）が存在したり、危険な振動レベルの閾値が一意に求められない（振動モード毎に前記閾値が異なる）ということが起こる可能性がある。
【０１５４】
また、洗濯機においては、脱水回転時の振動にいくつかの共振（モード）点がある。１次共振は、上下が同相に振動するモード（並進運動）、２次共振は上下が逆相に振動するモード（コニカル運動）であるので、外槽４の径方向振動を検出するように２個の振動センサ１６ａ、１６ｂを配置し、振動の位相も考慮すれば、これを容易に検出できる。
【０１５５】
これら問題点を解決するのが図１８の外槽４上部及び下部に設置した２個の振動センサ１６ａ及び１６ｂであり、図１９の制御部、図２０の振動センサ回路６２で構成される例である。
【０１５６】
図２１に、図５に示す代表的な布片寄りアンバランスに起因する振動モードにおける、外槽４上部、下部での横方向振動振幅と脱水回転数の関係を示す。図２１Ａは上部アンバランス、図２１Ｂは下部アンバランス、図２１Ｃは上下同相アンバランス、図２１Ｄは上下逆相アンバランスの場合を示す。
【０１５７】
各振動モードで上部、下部の振動振幅レベルが異なる。また同相及び逆相（対向）アンバランス時の上部、下部での振動振幅の位相関係は図２２Ａ、Ｂに示すように、同相では上下同相に振れる（並進運動）が、逆相モードでは上下が逆相に振れる（コニカル、すりこぎ運動）。図中＋は外槽４の外枠方向への振れ、−はこの逆方向への振れを示している。以上図２１及び図２２から上部横振動と下部横振動のレベルと位相関係を用いれば、各振動モードを区別することができる。具体的には、図２３に示すフローチャートで示す如くである。
【０１５８】
図２４に各振動モードでの外槽４上部横方向振動と騒音の関係を示す。図２４Ａは上部アンバランス、図２４Ｂは下部アンバランス、図２４Ｃは上下同相アンバランス、図２４Ｄは上下逆相アンバランスの場合を示す。振動モード内では、振動振幅と騒音の相関があることがわかる。しかし各振動モードで振動振幅と騒音の関係が大きく異なっている。
【０１５９】
前述例で示した図８Ａの上部横方向振動と騒音の関係は、図２４Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを全て含んだものである。このように各振動モードを一緒にする、すなわち１つの振動センサのみで横方向の振動を検出したのでは、騒音との相関はない。しかし、図２４Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに示すように、これを各振動モード毎にみると相関がある。
【０１６０】
このように、上下２つの振動センサ１６ａ、１６ｂで横方向の振動を検出し、これをもとに、振動モードつまり布片寄りアンバランスがどのような状態かを判別した上で、図２４Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから騒音の関係を各振動モード毎に把握し、各振動モードでの振動振幅に基ずいて、脱水回転数を制御すれば、騒音を低減することができる。
【０１６１】
図２５に、上例の図１５に示す制御に本例を適用したフローチャートを示す。図１５と異なるのは、図２３に示す振動モード判定処理を加えたことと、各振動モード毎に最高脱水回転、制御の閾値をテーブルの形で持たせたことである。基本的な動作は図１５と同様なため説明を省略する。
【０１６２】
Ｎ２回転数で振動モード判定処理（ステップＳ５０）を行い、これにもとづいて、前述のテーブルデータを読み込み（ステップＳ５１）、図１５と同様に制御する。
他の脱水制御するためのフローチャートは例えば図１６、１７についても同様であり、図２３に示す振動モード判定処理と、読み込んだテーブル値から各振動モード毎に回転数制御の閾値を持たせればよい。
【０１６３】
また、これらの２つの振動センサ１６ａ、１６ｂの設置位置は、位相を９０［ｄｅｇ］ずらしておいても良い。これは、外槽４の触れ回りが円運動でないときを想定している。つまり、ある一方向のみの振動は小さいのに、それと９０［ｄｅｇ］ずれた位置での振動は非常に大きいといった場合に対応するためである。
【０１６４】
次に一つの振動センサ１６ａにて、外槽４の横方向及び縦方向振動の合成値を検出する場合について説明する。
図２６は、図３の振動センサ１６ａを外槽４上部に傾けて設置する設置例を示す。
【０１６５】
図２６も図１１同様の図であるが、図１１と異なる点は、振動センサ１６ａを取り付ける際に、圧電素子２１と外槽４側面とに０［ｄｅｇ］〜９０［ｄｅｇ］の間のある角度を持たせるように設置する点である。このように配置すれば、外槽４の径方向（左右方向）の振動と縦方向の振動の両方をピックアップすることが可能となる。このようにすることで、縦方向振動と横方向振動を同時に検出することができ、上述例の横方向の振動を検出しないがための不具合を解消することができる。
【０１６６】
図２７に他の振動センサ内部の断面図を示す。前述のように振動センサ自体の取り付けを傾けるよりも、図２７に示す圧電振動板を予め傾けて固定して振動センサ１６ａとしたほうが設置に必要な空間や安定度の面で有利である。
【０１６７】
図２７の振動センサは、図３、図４等で述べてきた圧電振動板を有する。ただし、図２７においては、圧電振動板のリード線２５は、薄膜２１ａ、および金属板２２に直接半田付けされる。この圧電振動板を下ケース４１、及び上ケース４２によって支持され、封入される。この振動センサは図中の右端（下ケース４１）にて振動測定の対象物に取り付けられる。
【０１６８】
図より明らかなように、圧電振動板は取り付け面に対して傾いて下ケース４１にシリコンゴム等で弾性支持されている。圧電素子２１は厚み方向に分極されているため、主に厚み方向の撓みに比例した電圧を発生する。例えば、取り付け面に対して圧電振動板を水平に設置すれば、取り付け面に対して垂直な方向に働く加速度しか測定することができない。
【０１６９】
しかし、本例のように圧電振動板を取り付け面に対して傾けて設置することで、取り付け面と垂直な方向のみならず、水平方向の加速度も測定することが可能となる。縦形全自動洗濯機においては、１次共振では、上下が同相で振動し、外槽全体が並進運動（横方向の振動）するのに対して、２次共振では上下が逆相に振動し、外槽４がコニカルな振動（上下振動）を起こす。本例に示した構造は、このような上下及び横方向振動の検知にも対応するための工夫である。
【０１７０】
以上の例では、左右方向と上下方向の加速度による合力が圧電振動板に作用することになるので、そのままで様々な振動の検出を行うことができる。このとき、設置する圧電素子２１の角度を変えることによって、左右方向、上下方向各々の振動に対する感度を調節することができる。どのような振動成分を多く得たいかということに十分留意して、設置角度を決める。
【０１７１】
尚、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることはもちろんである。
【０１７２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、安価な圧電振動板を核とする構成の振動センサとすることで、センサ導入時のコストを低く抑えることが可能となる。そしてこの振動センサを用いて振動・騒音を抑制する制御を行い、低振動・低騒音の洗濯機を提供できる。
さらに外槽と内槽の接触を防止して信頼性を高めることもできる。
【０１７３】
また、本発明によれば、振動センサ回路で圧電素子の並列抵抗を切り替える機構を持たせ、圧電振動板ケースを共鳴器として設計することにより、従来の報知用圧電ブザーを用い、圧電ブザーと振動検出装置と可聴音の集音器を兼用とすることが可能となる。これにより、新たにセンサとなる圧電振動板や圧電振動板を封入するケース等を追加しなくとも、振動検出が可能であり、コストを抑えることができる。
【０１７４】
さらに、本発明によれば集音機能を利用して、各アクチュエータの故障診断を行うことができる。これは、従来の電気的な手法では診断不可能だった部品の故障診断を行うことができ、電気的な手法と併せて使うことで、より効果的な故障診断のシステムになる。
【０１７５】
本発明のように振動センサを利用して振動を監視し、内槽中に発生するアンバランス量を推定することにより、最高脱水回転数及び脱水時間を決定し、これに従い脱水運転をする。これにより、脱水時の過大な振動や騒音を抑えながら、脱水率を悪化させない脱水運転を提供することが可能となる。
【０１７６】
また、本発明によれば振動レベルを常に監視することで、急激な回転数の変動（異常振動）が発生した際に停止させる。これは、製品のフェイルセーフ機能として有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明洗濯機の実施の形態の例を示す縦型全自動洗濯機内部の概略構成図である。
【図２】縦型全自動洗濯機の制御装置の例を示す構成図である。
【図３】振動センサ兼圧電ブザー兼可聴音集音器の例を示し、Ａは上面図、ＢはＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】振動センサ兼圧電ブザー兼可聴音集音器の例を示し、Ａは上面図、ＢはＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】振動センサ回路の例を示す結線図である。
【図６】洗濯機におけるアンバランスの発生位置の説明に供する線図である。
【図７】洗濯機外槽の振動特性の説明に供する線図である。
【図８】洗濯機外槽の振動と騒音の関係を表す線図である。
【図９】洗濯機脱水回転数と騒音の関係を表す線図である。
【図１０】外槽上部側面への振動センサ配置の例を示す切欠断面図である。
【図１１】外槽上部上面への振動センサ配置の例を示す切欠断面図である。
【図１２】外槽下部底面への振動センサ配置の例を示す切欠断面図である。
【図１３】振動センサと振動センサモジュールとの例を示し、Ａは振動センサの斜視図、ＢはＡ図の要部の断面図、Ｃは振動センサモジュールの断面図である。
【図１４】図１の横断面図である。
【図１５】脱水行程制御の例を示すフローチャートである。
【図１６】脱水行程制御の他の例を示すフローチャートである。
【図１７】脱水行程制御の他の例を示すフローチャートである。
【図１８】外槽上部及び下部側面への振動センサ配置例を示す切欠断面図である。
【図１９】本発明の他の例の縦型全自動洗濯機の制御装置を示す構成図である。
【図２０】振動センサ回路の他の例を示す結線図である。
【図２１】代表的な布片寄りアンバランスでの外槽上下横方向振動の説明に供する線図である。
【図２２】外槽上部及び下部の横方向振動信号の説明に供する線図である。
【図２３】振動モード判断の例を示すフローチャートである。
【図２４】各アンバランスでの洗濯機外槽の振動と騒音の関係の説明に供する線図である。
【図２５】脱水行程制御の他の例を示すフローチャートである。
【図２６】外槽上部上面への振動センサ配置例を示す切欠断面図である。
【図２７】振動センサの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・外枠（筐体）、４・・・外槽（水槽）、５・・・内槽（洗濯槽）、１６ａ、１６ｂ・・・振動センサ、２１・・・圧電素子、２１ｂ・・・防水材、２２・・・金属円盤、２３・・・圧電振動板ケース、２４・・・センサケースカバー、２５・・・リード線、Ｂｚ１・・・圧電振動板、３１、３２・・・圧電振動板の電極兼支持脚、５５・・・振動センサ回路Ａ、６２・・・振動センサ回路Ｂ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention detects vibration of the outer tub of a washing machine, collision (abnormal vibration) between the housing and the outer tub, and sounds emitted from various actuators constituting the washing machine, and based on the detected information. The present invention relates to a washing machine to be controlled, and more particularly to a washing machine equipped with a vibration sensor using a piezoelectric element as detecting means.
[0002]
[Prior art]
The vertical type fully automatic washing machine has a washing tub (outer tub) including a washing tub and a dewatering tub elastically supported in a washing machine housing, and a washing machine rotatably provided in the outer tub by a motor attached to the outer tub. The tub / dehydration tub (inner tub) is rotated, and when an imbalance occurs due to the cloth piece in the washing tub / dehydration tub (hereinafter referred to as the inner tub), the outer tub is rotated with the rotation of the motor. Swing around. When the whirling of the outer tub becomes large, vibration and noise given to the external environment become a problem. Therefore, it is important for the design of the washing machine to monitor these and take appropriate measures.
[0003]
Various methods, such as a piezoelectric type, a distortion type, a resonance type, and a photoelectric type, have been proposed as a vibration detection unit and a collision (abnormal vibration) detection unit between a housing and an outer tub in a washing machine.
[0004]
For example, the one described in Patent Document 1 is composed of a unimorph type piezoelectric element, a weight having a projection, a spring for restraining the piezoelectric element and the weight, and a case for accommodating the same. By applying a force corresponding to the acceleration generated on the weight to the metal diaphragm by contacting the surface of the metal diaphragm, the vibration is detected.
[0005]
Further, what is described in Patent Document 2 is a vibration sensor in which a water spring detecting device and a vibration detecting device including a coil, a core, a capacitor, and a diaphragm are provided with a coil spring at a central portion on a lower surface of the diaphragm. , Is disposed above the outer frame of the washing machine to detect vibration.
[0006]
Further, the drum-type washing machine described in Patent Document 3 has a reflector in which at least two or more types of parts having greatly different reflectances are alternately arranged in a stripe shape, and a light emitting element and a light receiving element are provided at positions facing the reflector. A photodetector composed of elements is arranged, and one of them is moved in synchronization with the vibration of the rotating drum, and the other is kept stationary to detect the vibration.
[0007]
The mainstream of home washing machines is a fully automatic washing machine that automatically performs all washing procedures. When the user presses the start button, the washing machine determines the amount of laundry put in and supplies necessary water. Then, washing and dehydration are performed under standard conditions prepared in advance in the washing machine. This is performed while a control device including a microcomputer or the like controls actuators required in each step of washing.
[0008]
As many functions are added to a washing machine, the number of actuators mounted on the washing machine is increased, and a complicated washing process process is performed by a combination of these actuators. For this reason, the chances of failure continue to increase. In addition, a plurality of actuators are involved in one failure phenomenon, and the same phenomenon is often exhibited even if any actuator fails. For this reason, there are many cases where the dealer or the repair service person is confused about which faulty part should be replaced in the fault report from the user.
[0009]
As a conventional technique for solving this problem, many manufacturers use a display on an operation panel and display an error code here to identify a defective product to some extent. However, the failure site is specified by an electrical detection means. That is, although electrical failures of various actuators can be detected, mechanical failures such as poor fitting and squealing on sliding surfaces due to wear cannot be detected.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-11-14445
[Patent Document 2]
JP 2002-273096 A
[Patent Document 3]
JP-A-10-235070
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
A vibration detecting device using a piezoelectric element as described in Patent Document 1 has a simple configuration and is relatively inexpensive as a sensor for detecting acceleration. However, due to the characteristic of detecting acceleration by bending the piezoelectric element having a small mass, a sufficient output cannot be obtained in a low frequency range where the force due to the acceleration is small. For this reason, it is necessary to devise a method of applying a force F synchronized with the vibration to the piezoelectric element using some method. In the example described in Patent Document 1, by adding a weight having a mass m larger than the mass of the piezoelectric element itself, a force F = ma is directly applied to the piezoelectric element by the acceleration a. However, a drawback of this method is that since a concentrated load due to gravity is constantly applied to the piezoelectric element from the weight, there is a risk of damaging the piezoelectric ceramic which is the piezoelectric element.
[0012]
In the example described in Patent Document 2, although the durability is satisfactory, since the sensor is arranged on the upper portion of the outer frame of the washing machine, the vibration itself of the outer tub is not detected, and the sensor is shaken by the outer tub. The vibration of the outer frame is detected. For this reason, there is a problem that the obtained output changes depending on the installation state of the washing machine.
[0013]
Further, in the example described in Patent Literature 3, since the light detecting unit including the light emitting unit and the light receiving unit and the reflecting plate that reflects light are used, the cost is slightly higher than other methods. Become. In addition, since the reflection plate and the light detection unit cannot be sealed, contamination of foreign materials and contamination of the reflection plate and the light detection unit may cause malfunctions, and even if the optical axis is displaced, vibration cannot be detected at all. Have a serious problem.
[0014]
A first object of the present invention is to provide a vibration sensor for detecting vibration in a more inexpensive and highly reliable method, and to provide a low-vibration and low-noise washing machine by mounting the vibration sensor on the washing machine. With the goal. It is another object of the present invention to reliably detect primary resonance and secondary resonance large vibration during dehydration that cannot be performed by a conventional mechanical touch switch or the like, and to enhance reliability.
[0015]
A second object of the present invention is to collect a sound (audible sound) generated by a mechanical failure by a sound collecting means composed of a piezoelectric element and analyze the collected sound to analyze the mechanical sound of each actuator constituting the washing machine. The purpose is to detect a failure. In the case of a failure involving a plurality of actuators, the sound of each actuator collected by the sound collecting means is collected by the drive signal of each actuator as a trigger, and analyzed to analyze the sound to identify the faulty actuator. Aim. Also, by combining the electrical failure detection means and the mechanical failure detection means with the sound collected by the sound collection means, it is possible to improve the accuracy of failure actuator detection and to provide a washing machine capable of promptly and appropriately responding to failures. The purpose is to:
[0016]
The sound collecting means detects the abnormal operation of the washing machine, for example, the sound of collision between the tub and the outer frame due to the leaning of the cloth during dehydration and the vibration sound of the tub. The purpose is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The washing machine of the present invention has an outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a motor for rotating the inner tub. In the washing machine consisting of, a piezoelectric sensor comprising a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, and a vibration sensor comprising a case that supports the outer periphery of the piezoelectric element and incorporates this in a water seal, The piezoelectric element is installed on the upper or lower part of the outer tank so that the polarization direction of the piezoelectric element is parallel to the rotation axis of the inner tank.
[0018]
A vibration sensor including the piezoelectric element of the present invention and a metal plate to which the piezoelectric element is adhered, and a case supporting the outer periphery of the piezoelectric element and incorporating the piezoelectric element are provided by a piezoelectric sensor. It has a configuration that also serves as a buzzer and an audible sound collector.
[0019]
According to the present invention, since this vibration sensor is installed on the upper or lower part of the outer tank so that the polarization direction of the piezoelectric element is parallel to the rotation axis of the inner tank, by connecting this vibration sensor to the sensor circuit, It is possible to detect vertical vibrations of the outer tub, generate an audible notification sound in the audible region, and detect various audible abnormal sounds. Also, a washing machine in which these detection signals are reflected in the operation control of the washing machine can be obtained.
[0020]
When the rotation speed of the inner tub of the washing machine is low, the audible sound output of the vibration sensor detects the collision of the outer tub, which is the water receiving tub, with the housing. If it is high, the vibration of the outer tub due to the imbalance of the cloth is detected by the vibration output of the vibration sensor to estimate the noise, and the maximum rotation speed and dehydration time of the inner tub are determined according to the noise. The dehydration process of the washing machine is controlled.
[0021]
Thereby, noise during dehydration can be suppressed. Further, since the vibration detection and the collision detection can be performed, the vibration detection and the collision detection lever can be replaced with each other, and the cost of the product can be reduced.
[0022]
During dehydration, the vibration of the outer tub is constantly monitored by the vibration detection output of the vibration sensor, and the number of rotations is controlled in accordance with the magnitude of the vibration. This allows the washing machine to reduce vibration and noise without stopping operation.
[0023]
Similarly, by constantly monitoring the change in the vibration amplitude, it is possible to prevent the occurrence of abnormal vibration or noise due to a sudden increase in the amplitude or the like.
[0024]
In addition, the audible sound produced by various actuators and mechanical parts during the washing and dehydration processes is monitored by the audible sound detection output of the vibration sensor, and the mechanical failure is detected and the location of the failure is identified. And quickly respond to failures.
[0025]
Further, the washing machine of the present invention has an outer tub that is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a motor for rotating the inner tub. In a washing machine comprising: a vibration sensor comprising a piezoelectric element comprising a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is adhered; and a case supporting the outer periphery of the piezoelectric element and incorporating the piezoelectric element in a water seal. The piezoelectric elements are installed on the upper and lower parts of the outer tank one by one so that the polarization direction of the piezoelectric element coincides with the radial direction of the outer tank.
[0026]
According to the present invention, the vibration sensors as described above are installed one by one on the upper and lower parts of the outer tub so that the polarization direction of the piezoelectric element coincides with the radial direction of the outer tub. When each is connected to a vibration sensor circuit, the vibration detection output can detect the vertical and horizontal vibrations of the outer tub.
[0027]
From the horizontal vibration of the upper and lower parts of the outer tank, the vibration mode of the outer tank caused by the cloth piece in the inner tank is determined, and the vibration of the outer tank due to unbalance of the cloth is detected for each vibration mode. By estimating the noise, the maximum number of revolutions of the inner tub and the spinning time are determined according to the noise, and the spinning noise of the washing machine can be controlled to control the noise during spinning.
[0028]
The washing machine of the present invention comprises an outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a motor for rotating the inner tub. In a washing machine, a piezoelectric vibrating plate composed of a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded is supported, and the outer periphery of the piezoelectric vibrating plate is supported in a state where the metal plate is inclined with respect to a mounting surface, and is built therein. A vibration sensor comprising a waterproof case is mounted on the upper or lower part of the outer tub so that its mounting surface is parallel to the radial direction of the outer tub.
[0029]
According to the present invention, a piezoelectric vibrating plate including a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is adhered, and an outer periphery of the piezoelectric vibrating plate supported in a state where the metal plate is inclined with respect to a mounting surface, A vibration sensor composed of a built-in waterproof case and a vibration sensor is attached to the outer tub, and the vibration of the outer tub is detected. Can be detected, thereby controlling the dewatering process of the washing machine in the same manner as described above, so that noise during dewatering can be suppressed.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a vertical washing machine will be specifically described, but the invention is also applicable to a vertical washing / drying machine, a drum-type washing machine, and a drum-type washing / drying machine.
[0031]
However, the sensor placement method is specialized for vertical washing machines and washer-dryers, so when applying to a drum-type washer-dryer, apply it after fully understanding the characteristics of the drum-type washer-dryer. It is necessary to.
[0032]
One example of an embodiment of the washing machine of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a washing machine according to the present embodiment excluding a front outer frame (housing). FIG. 2 is a configuration diagram of a control unit of the washing machine. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vibration sensor of this example. FIG. 4 is a sectional view of another vibration sensor according to the present embodiment. FIG. 5 shows a vibration sensor circuit according to this example.
[0033]
First, an outline of a washing machine equipped with the vibration sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an outer frame (housing) of the washing machine. Above the outer frame (housing) 1, the outer tub 4 is swingably suspended by a suspension rod 10 having a damper 11. A drive unit 8 including a DC motor, a gear, a clutch, and the like, and a flange 9 for connecting the drive unit 8 to the outer tank 4 are provided below the outer tank (water tank) 4. An output shaft of the drive unit 8 has an inner tank ( It is fastened to the rotating shaft of the washing / dehydrating tub 5 and the stirring blade 7.
[0034]
The outer tub (water tank) 4 has a hole in a part of the lower part, and a drain hose 13 is connected to the hole via a drain valve 12. Further, a top cover 2 is installed on an upper portion of the outer frame (housing) 1, and a water supply port, a water supply valve 14, a swing switch 17, and the like for supplying tap water to the laundry input door 3 and the outer tub 4 are provided on the top cover 2. is set up.
[0035]
At the time of washing, first, tap water is supplied from the water supply valve 14, and water accumulates in the outer tub (water tub) 4. At this time, the drain valve 12 is closed. After a predetermined amount of water has been supplied, the water supply valve 14 is closed, the stirring unit 7 is rotated by the drive unit 8, and the clothes in the inner tank 5 are stirred to remove dirt. At this time, a water flow is generated in the outer tub (water tank) 4 by the rotation of the stirring blade 7, and the clothing is only stirred in the water, so that vibration which is a special problem does not occur.
[0036]
On the other hand, at the time of dehydration, first, the drain valve 12 is opened, and the water in the outer tub (water tank) 4 is discharged. In order to prevent foaming due to residual detergent during dehydration and imbalance caused by clothes, the inner tub 5 is rotated when water remains to some extent. A large number of holes are provided inside the inner tank 5 and on the surface of the stirring blade 7, so that water contained in clothes in the rotating inner tank 5 can be removed by centrifugal force.
[0037]
At this time, since the inner tub 5 (having clothes containing moisture therein) having a large mass (rotational moment) rotates at a high speed, excessive imbalance caused by the clothes inside the inner tub 5 is large. It causes vibration and noise.
[0038]
The swing switch 17 is configured by a micro switch or the like, and a lever 17 a interlocking with the micro switch extends from the top cover 2 to the vicinity of the outer tub 4. The microswitch is normally open, and when the outer tub 4 swings greatly so as to come into contact with the outer frame, it hits this lever and the microswitch is closed.
[0039]
The washing machine control unit shown in FIG. 2 mainly includes a main control unit (MCU) 50 composed of a microcomputer, a control circuit A51 for controlling the drive unit 8 including a DC motor, a gear, a clutch, etc., a water supply valve 14, and a drain valve. 12 comprises a control circuit 52 and a control circuit 53 for controlling each of them. The water supply valve 14, the drain valve 12, the rotation of the stirring blade 7 during washing, and the rotation of the inner tub 5 during dehydration are controlled by a program stored in the MCU 50 in advance.
[0040]
The vibration sensor 16a is connected to the vibration sensor circuit 55, the output terminal A56 of the vibration sensor circuit 55 is connected to the AD input terminal A57 of the MCU 50, and the output terminal B58 is also connected to another AD input terminal B59. The output terminal 60 of the MCU 50 is connected to the input terminal 61 of the vibration sensor circuit 55, and makes the vibration sensor 16a connected to the vibration sensor circuit 55 emit a sound as a piezoelectric buzzer with an output rectangular wave signal. The swing switch 17 is connected to one input terminal of the MCU 50, and notifies the MCU that the outer tub 4 has contacted the lever 17a.
[0041]
Next, the configuration of the vibration sensor 16a will be described with reference to FIGS. 3A and 3B, reference numeral 21 denotes a piezoelectric element (piezoelectric ceramic), and a metal such as silver is deposited on one end face to form a metal thin film 21a, and the other end face is adhered to a metal disk 22. The metal disk 22 to which the piezoelectric element (piezoelectric ceramics) 21 is bonded is particularly called a piezoelectric vibration plate Bz1. The piezoelectric element (piezoelectric ceramic) 21 is polarized in the thickness direction. The piezoelectric element (piezoelectric ceramic) 21 has a property of contracting when a voltage in the same direction as the polarization direction is applied and expanding when a voltage in the opposite direction is applied. This is called a positive piezoelectric effect.
[0042]
Conversely, when a force F is applied in the polarization direction, a voltage corresponding to the strain caused by the force F is output. This is called an inverse piezoelectric effect, and the vibration sensor 16a utilizes this property. The outer periphery of the metal disk 22 is supported on the piezoelectric diaphragm case 23 by silicon rubber or the like (peripheral support). As a general support method, there is also a method of supporting a portion around a piezoelectric element (piezoelectric ceramic) (joint circle support).
[0043]
In the peripheral support, the resonance frequency of the piezoelectric vibration plate Bz1 can be reduced by controlling the vibration around the piezoelectric vibration plate Bz1. An appropriate resonance space 26 and a hole 27 in an upper portion of the resonance space are provided in the piezoelectric diaphragm case 23 so as to resonate an audible frequency sound generated by the vibration of the piezoelectric diaphragm Bz1.
[0044]
This is because, when the piezoelectric vibrating plate Bz1 is used as a piezoelectric buzzer, a loud sound cannot be obtained only by supporting the articulated circle and the periphery, so that a large sound pressure is obtained. And it is necessary to match the acoustic impedance with air in the hole 27 above the resonance space.
[0045]
The impedance matching is performed by appropriately designing the above-described resonance space 26 and the hole 27 above the resonance space 26 and configuring an optimum resonator. At this time, the resonance frequency of the piezoelectric vibration plate Bz1 is designed to be an audible frequency (for example, about 2 [kHz]), and the resonator is also designed in accordance with the resonance frequency. Adjustment of the resonance frequency of the piezoelectric vibration plate Bz1 can be performed by adjusting the thickness, material, shape, and the like of the metal plate of the piezoelectric vibration plate Bz1.
[0046]
Conversely, having a function as a piezoelectric buzzer (sounder) also has a role as a sound collector (microphone). Monitoring the "unusual sound", which is a major component of the customer's complaint by using the sound collector, and identifying the cause thereof leads to an improvement in customer satisfaction.
[0047]
In FIG. 3, reference numeral 25 denotes a lead wire of the piezoelectric vibration plate Bz1, which is directly soldered to the metal thin film 21a and the metal disk 22 which are ohmically connected to the piezoelectric element 21. The lead wire 25 is taken out so as not to be torn or hindered by the vibration of the vibration sensor 16a, and is connected to the vibration sensor circuit 55. At this time, after a water sealing process such as packing is performed so that water does not enter from a lead wire take-out portion or the like, the whole is sealed with the sensor case cover 24.
[0048]
Here, if the piezoelectric element 21 of the vibration sensor 16a can be waterproofed with silicon or the like, the sensor case cover 24 is unnecessary. If the sensor case cover 24 is not provided, the function as the above-described sound collector increases.
[0049]
FIG. 4 shows a vibration sensor 16a without a sensor case cover. 4, parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. 21b is a film (waterproof coat) made of a waterproof material. A waterproof coating is applied to cover the entire piezoelectric element (piezoelectric ceramic) 21. As is well known, piezoelectric ceramics tend to contain moisture. When the piezoelectric ceramic contains moisture, the inverse piezoelectric effect is reduced, and the inverse piezoelectric voltage due to vibration is reduced. For this reason, when it is installed inside a humid washing machine, a waterproof coat on the piezoelectric ceramic is required.
[0050]
Next, a vibration sensor circuit 55 for connecting the vibration sensor 16a will be described with reference to FIG. A switching circuit for switching the vibration sensor 16a to function as a piezoelectric buzzer or a vibration sensor 16a and an audible sound collector, a driving circuit for a piezoelectric buzzer, and an amplifier for amplifying a vibration detection (reverse piezoelectric voltage) signal of the vibration sensor. FIG. 5 shows a circuit, an integration circuit, and a filter circuit.
[0051]
In the circuit of FIG. 5, when a rectangular wave signal is input from the MCU 50 of the washing machine, the piezoelectric vibration plate Bz1 functions as a piezoelectric buzzer, and otherwise functions as a vibration sensor and a sound collector. When the piezoelectric vibrating plate Bz1 functions as a vibration sensor and a sound collector, it is necessary to appropriately amplify the signal of the piezoelectric vibrating plate Bz1, apply integration, filtering, and the like, and output the signal. Hereinafter, these will be described.
[0052]
When using the piezoelectric diaphragm Bz1 as a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and a sound collector, a problem is a parallel resistance connected to the piezoelectric diaphragm Bz1. Since the piezoelectric element 21 is made of ceramics, it can be regarded as a small-capacity (thousands of pF) capacitor. This internal resistance is several [MΩ].
[0053]
Therefore, when used as a piezoelectric buzzer, a resistor (for example, 1.5 [kΩ]) somewhat lower than a few [MΩ] is inserted in parallel, and a current flows through this resistor to generate a voltage. Unless the voltage is applied to the plate Bz1, it is impossible to sound at a sufficient sound pressure. In addition, when used as a vibration sensor, if a sufficiently large resistor (for example, 1 [MΩ]) is not inserted in parallel, the potential may float during amplification or a signal (inverse piezoelectricity depending on the strain) may be generated. Voltage) is attenuated.
[0054]
The transistors Q1 and Q3 in FIG. 5 are drive circuits that apply a voltage to the piezoelectric vibration plate Bz1 to generate sound (act as a piezoelectric buzzer). The transistor Q2 functions as a switch for switching whether the piezoelectric vibration plate Bz1 functions as a piezoelectric buzzer or a vibration sensor. By switching between the two types of parallel resistors described above, the piezoelectric vibrating plate Bz1 is devised so as to exhibit the maximum performance when used for each purpose.
[0055]
When there is no input signal from the MCU 50, the transistors Q1, Q2, and Q3 are off, and the piezoelectric diaphragm Bz1 has a parallel resistor of R10. One end of the piezoelectric vibrating plate Bz1 is connected to a connection point between the resistors R8 and R9 for dividing the voltage of the power supply Vcc2 and the inverting input terminal of the operational amplifier Op1-A, and the other end is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier Op1-A. Connected to +. That is, the resistor R10 is effective as the parallel resistance of the piezoelectric vibration plate Bz1. As described above, the resistor R10 has a sufficiently large resistance value, for example, about 1 [MΩ].
[0056]
When a rectangular wave (for example, 2 [kHz]) of an audible sound frequency for operating the buzzer from the main MCU 50 of the washing machine is input, the NPN transistor Q1 switches at the same frequency as the input waveform. When the transistor Q1 turns on, a potential difference occurs between the emitter and the base of the PNP transistor Q3, so that the transistor Q3 turns on. When Q1 turns off, the transistor Q3 also turns off. Therefore, the transistor Q3 switches at the same frequency as the input waveform like the transistor Q1.
[0057]
A capacitor C1 is provided between the base and the ground of the NPN transistor Q2, and a low-pass filter (low-pass filter) is formed by the resistor R5 and the capacitor C1, or the resistor R6 and the capacitor C1. The time constant of the low-pass filter is appropriately selected, and when a rectangular wave is input, the transistor Q2 is always turned on. Here, since the resistor R7 is sufficiently smaller than the internal resistances of the resistor R10 and the piezoelectric vibrating plate Bz1, when the buzzer sounds, the resistor R7 is always effective as a parallel resistor of the piezoelectric vibrating plate Bz1. . At this time, according to the above description, the resistance value is set to a value somewhat lower than the internal resistance of the piezoelectric vibration plate Bz1, for example, 1.5 [kΩ].
[0058]
In FIG. 5, the operational amplifiers Op1-A and Op1-B perform differential amplification of signals when the piezoelectric diaphragm Bz1 is used as a vibration sensor or a sound collector. A single power supply (Vcc2) is used as the Op1 operational amplifier. This is to save the trouble of newly creating a minus power supply on the circuit of the washing machine.
[0059]
Since a single power supply operational amplifier is used, at the time of signal amplification, the voltage of the power supply Vcc2 is divided by the resistors R8 and R9 to generate a reference voltage Vcc2 / 2, and the reference voltage is input to the operational amplifier as a bias voltage, so that the voltage Vcc2 / 2 is centered. The output of the voltage 0 to Vcc2 is obtained.
[0060]
The voltage Vcc2 / 2 is also input to the piezoelectric diaphragm Bz1 as described above. This is to prevent a DC voltage of Vcc2 / 2 from being constantly applied to the piezoelectric vibrating plate Bz1 since the bias of the voltage Vcc2 / 2 is always applied to the input of the operational amplifier of the single power supply. When a DC voltage is applied to the piezoelectric element 21, a thin film of silver or the like deposited on the surface of the piezoelectric element 21 may cause migration, and this is prevented.
[0061]
For signal amplification, a differential amplifier with high input impedance was configured. In signal amplification of a small signal such as the piezoelectric element 21, it is necessary to pay sufficient attention to measures against noise. In a washing machine, various noises such as noise of an AC power supply and switching noise of an inverter which is a driving circuit of a motor exist. Since the wiring of the vibration sensor 16a needs to be routed for a relatively long time, countermeasures against these noises are unavoidable. Differential amplifiers have the advantage of being able to remove common mode noise, and are therefore often used in sensor circuits that handle small signals. However, in a normal differential amplifier configured using only one operational amplifier, the input impedance is determined by a resistor connected to the input terminal of the operational amplifier and a signal source. Since the internal resistance of the piezoelectric vibrating plate Bz1 is as large as several [MΩ], unless the input impedance is increased, the input signal may be reduced and buried in noise.
[0062]
On the other hand, if the amplification is excessively increased by increasing the feedback resistance, it is likely to be affected by induced noise. Therefore, it is disadvantageous in terms of input impedance and amplification factor.
[0063]
In order to solve this, a differential amplifier is configured by using two operational amplifiers, that is, operational amplifiers Op1-A and Op1-B. Each of the differential inputs is a non-inverting input terminal of the operational amplifier, and the input impedance is the input impedance of the operational amplifier itself. Also, when performing the sounding operation, since the transistor Q3 is turned on and off, the voltage of the power supply Vcc1 is applied to the non-inverting input terminal. Therefore, appropriate resistors R12 and R15 are inserted into the non-inverting input terminal for protection. I have.
[0064]
In addition, a notch filter (band-reject filter) is configured in the operational amplifier Op1-C in order to remove induction noise of 50 [Hz] and 60 [Hz] due to AC power, which cannot be removed by the differential amplifier.
[0065]
Further, an inverting amplifier is added to the operational amplifier Op1-D so as to match the level of the A / D converter terminal of the MCU 50 of the washing machine. The input of the operational amplifier Op1-D cuts direct current by the capacitor C11.
[0066]
This is because when the case of the vibration sensor 16a is deformed due to the temperature, a static stress is applied to the piezoelectric vibration plate Bz1, a DC potential is generated in the piezoelectric element 21, and the output potential of the inverting amplifier fluctuates. ) To prevent clipping. This is also to prevent the output potential of the inverting amplifier from fluctuating due to the offset voltage of the operational amplifier or the variation of the resistor, and to clip the vibration component (AC component).
[0067]
Since the signal obtained from the piezoelectric diaphragm Bz1 is an acceleration signal, it has frequency dependency, and the output increases as the frequency increases. To get rid of this, it is necessary to integrate. The signal obtained from the piezoelectric vibrating plate Bz1 becomes a signal proportional to the speed by one integration and a signal proportional to the vibration by two integrations. The integration is performed by adding capacitors C3 and C8 in the amplifier circuit in FIG. In FIG. 5, the integration is doubled, and ideally, the acceleration information of the vibration is the amplitude information.
[0068]
At this time, the frequency range in which the integration is performed is set to about 5 [Hz] or more. This means that the vibration of the outer tub 4 or the collision between the outer tub 4 and the housing 1 of the washing machine at the primary resonance frequency and the secondary resonance frequency of the washing machine will be detected as the magnitude of the impact by taking out the acceleration signal. This is because That is, when the spinning speed is 5 [Hz] or less, collision between the outer tub 4 and the washing machine housing 1 is detected, and after the spinning is started, the amplitude of the vibration is detected. This is for the following reason.
[0069]
As the frequency band of the vibration sensor 16a and the vibration sensor circuit 55 for monitoring the vibration of the outer tub 4 of the washing machine, the primary resonance frequency of the outer tub 4 of the washing machine is about 1 to 2 [Hz], and the secondary resonance frequency is 3 to 3 Hz. Considering that the frequency is about 4 [Hz] and the maximum spin-drying rotation frequency is about 20 [Hz], it is sufficient that there is 1 [Hz] to 20 [Hz].
[0070]
However, the piezoelectric diaphragm Bz1 detects acceleration. At a frequency of 1 to 4 [Hz], even if the vibration amplitude is large, the acceleration is small, so that the voltage output of the piezoelectric diaphragm Bz1 is small. Therefore, it is necessary to increase the circuit amplification degree. (Integrating reduces the amplification above the corner frequency.)
[0071]
Conventionally, a swing switch 17, which is often used as an abnormal vibration detection device of a washing machine, detects primary low frequency primary resonance and secondary resonance vibration amplitude (vibration amount), which is difficult to detect with an acceleration value, and dehydrates. The start / non-permission of the process was determined.
[0072]
When the vibration acceleration is output without performing the double integration, the capacitors C3 and C8 are unnecessary. However, since the vibration acceleration output depends on the dehydration frequency (rotation speed) as described above, when this value is used for control or the like, it is necessary to pay attention to correcting the frequency (rotation speed). In this example, the vibration amplitude output obtained by multiplying by double integration will be handled hereinafter.
[0073]
Further, the operational amplifiers Op2-A and B connected to the differential amplifier circuit constitute a bandpass filter. In this stage, only a signal having a frequency in the audible sound range of the signal amplified by the high input impedance differential amplifier is extracted. Here, the pass band frequency of the band pass filter is set in the audible sound range (about 300 to 3 [kHz]). This is a circuit for realizing the above-mentioned sound collector.
[0074]
The vibration sensor circuit 55 described above can drive a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and a sound collector or amplify a vibration detection output.
[0075]
The vibration sensor 16a and the vibration sensor circuit 55 are mounted on the washing machine of FIG. The vibration sensor 16a is installed in the outer tub 4 to directly measure the vibration of the outer tub 4.
[0076]
In the washing machine, the cloth does not sink evenly on the bottom surface of the inner tub (washing / dewatering tub) 5 when the cloth is entangled during the washing and the washing water is drained for dehydration. In the dehydration, the cloth is centrifugally dehydrated while the cloth is stuck around the inner tub (dehydration tub) 5 in a deviated state. The offset of the cloth causes the inner tank 5 to rotate at high speed and vibrate in an unbalanced state. This vibration causes the outer tank 4 to vibrate as a reaction. The vibration of the outer tub 4 is detected by the vibration sensor 16a.
[0077]
6A, 6B, 6C, and 6D are schematic diagrams illustrating a typical example of the imbalance occurring in the washing machine illustrated in FIG. Although the actual imbalance has a certain spread, it is represented here by an equivalent mass point for simplicity.
[0078]
In the washing machine as shown in FIG. 1, when the imbalance due to the cloth pieces is generated only in the upper part of the inner tub as shown in FIG. 6A, only in the lower part of the inner tub as shown in FIG. 6B. When it occurs, as shown in FIG. 6C, (3) when it occurs in the upper and lower positions of the inner tank (in-phase), as shown in FIG. 6D, (4) when it occurs in the vertically opposite position of the inner tank (inverse phase), There are four typical types. Reference numeral 18 in FIG. 6 denotes an unbalanced mass.
[0079]
In the case of (1), the upper part of the outer tank vibrates violently, and the lower part vibrates less than the upper part. In the case of (2), the lower part vibrates particularly strongly, but the upper part does not reach the lower part, but vibrates. In the case of (3), both the upper part and the lower part swing in the same phase, and large vibration occurs. Especially, the vibration in the first mode is large (see FIG. 7B). In the case of {circle around (4)}, the top and bottom swing in opposite phases, a node is formed at the center, and the top and bottom vibrate greatly (see FIG. 7C).
Therefore, in order to install the vibration sensor 16a in the outer tub 4, it is preferable to avoid the vicinity of the upper and lower centers of the outer tub 4 where the nodes can be formed.
[0080]
FIG. 7A is a diagram of typical vibration characteristics during dehydration of the outer tub 4 of the washing machine due to these imbalances. FIG. 7B shows the vibration state of the inner tank 5 and the outer tank 4 in the primary mode (resonance) (about 1 [Hz] to 2 [Hz]), and FIG. 7C shows the vibration mode in the secondary mode (resonance). FIG. 7D shows the vibration state of the inner tank 5 and the outer tank 4 at 3 [Hz] to 4 [Hz], and FIG. 7D shows the state near the third mode (resonance) (about 12 [Hz] to 15 [Hz]). The vibration state of the tank 5 and the outer tank 4 is shown.
[0081]
When dehydration is started, first-order mode (resonance) vibration occurs at around 100 revolutions per minute. In the first mode (resonance), the upper and lower sides vibrate in the same phase (translate). This is translational vibration due to the pendulum motion of the hanging rod 10 hanging down the outer tub 4. When the rotation further increases, a second mode (resonance) vibration occurs at around 200 rotations per minute. In the secondary mode (resonance), the upper and lower sides vibrate in opposite phases (conical). This is a conical vibration that occurs because the lower center of gravity of the outer tub 4 is supported by the hanging bar 10.
[0082]
After this, the vibration once decreases. In the vicinity of the third mode (resonance) where the rotation exceeds 1000 rotations per minute, the inner tank 5 and the outer tank 4 vibrate in opposite phases while vibrating up and down in opposite phases (conical). At this rotation speed, the outer tub 4 and the inner tub 5 of a general washing machine do not move as rigid bodies, and the inner tub 5 and the outer tub 4 vibrate in opposite phases. For this reason, the inner tank 5 and the outer tank 4 may come into contact with each other to generate abnormal noise.
[0083]
When the rotation speed further increases, a large resonance occurs at the natural frequency of the outer tub 4. This is called a third mode (resonance). Normally, the spinning speed is limited to a speed lower than the third mode.
[0084]
In FIG. 1, only one vibration sensor 16a is arranged on the upper part of the outer tub 4 of the washing machine. This is for the following reasons.
[0085]
The center of gravity of the washing machine in FIG. 1 is located below the center of the outer tub 4, and the vicinity thereof is supported by a hanging rod 10 and is suspended from the outer frame (housing) 1. Therefore, it can be said that the vibration of the lower part is relatively well suppressed by the damper 11, whereas the vibration of the upper part of the water tank far from the center of gravity and the support point is large. However, when a large imbalance occurs only in the lower part, the lower part amplitude becomes larger than the upper part amplitude.
[0086]
However, the imbalance that occurs during the dehydration in the actual washing process mostly occurs in the same phase or the opposite phase up and down unless the capacity of the laundry is small. When the capacity is small, the generated imbalance is small. In a dangerous vibration that generates abnormal noise, the upper part shakes more than the lower part. For the same reason, when the outer tub 4 first collides with the outer frame (housing), the upper portion of the outer tub 4 often hits. Therefore, it is desirable to arrange the vibration sensor in the upper part as the arrangement position in the vertical direction of the outer tank.
[0087]
FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D show the relationship between vibration and noise in the upper and lower parts of the outer tank 4 in various unbalanced cloth piece positions obtained by experiments. Regarding the vibration, the vertical direction (vertical direction, a direction parallel to the rotation axis of the inner tank 5) and the horizontal direction (left-right direction, the radial direction of the outer tank 4) are separately shown. 8A shows the relationship between upper horizontal vibration and noise, FIG. 8B shows the relationship between upper vertical vibration and noise, FIG. 8C shows the relationship between lower horizontal vibration and noise, and FIG. 8D shows the relationship between lower vertical vibration and noise. From this, it can be seen that the noise caused by the vibration generated by the unbalance near the cloth piece has no correlation with the horizontal vibration, but with the vertical vibration.
[0088]
FIG. 9A shows the relationship between the dehydration rotation speed and noise in four types of unbalanced states obtained by experiments. FIG. 9B shows the relationship between the vertical vibration amplitude at the upper portion of the outer tank 4 and the noise at rotation speeds of 600, 750, and 850 rpm. The solid line indicates a linear approximation of the data at each rotation speed. Further, an arrow line in the figure indicates a transition due to an increase in the rotation speed of the data.
[0089]
From FIG. 9A, it can be seen that the noise is proportional to the spinning speed, and that in each unbalanced state, the proportionality factor is substantially the same (four lines are parallel). When the spinning speed increases by 100 rpm, the noise level increases by about 3 dB. This increase is due to an increase in vibration amplitude.
[0090]
From FIG. 9B, it can be seen that the vertical vibration amplitude and the noise in the upper portion of the outer tub 4 are also substantially proportional to each other, and the vibration amplitude increases as the number of rotations increases, thereby increasing the noise. In the range of 600 to 850 rpm, when the rotation speed increases by 100 rpm, the vibration amplitude increases by 1 mmpp, and the noise increases by 3 dB. (The figures also show thresholds A1, A2, B1, B2, etc., which are used for the description of the dehydration stroke control described later.)
[0091]
As described above, in order to control the spinning speed using the vibration sensor 16a for the purpose of suppressing noise, the vibration sensor 16a detects vibration in which the polarization direction of the piezoelectric element 21 is parallel to the rotation axis of the inner tank 5, that is, the vertical direction. It is good to install it. In this case, one vibration sensor 16a may be installed either above or below the outer tub 4. 9A and 9B, it is understood that the control should be performed based on the relationship between the dehydration rotation speed and the noise and the relationship between the vertical vibration and the noise in FIGS. 9A and 9B. An actual control example will be described later.
[0092]
FIG. 10 shows details of the installation of the vibration sensor 16a in FIG. The vibration sensor 16a is installed outside the upper part of the outer tank 4 so that the polarization direction (ab line in the figure) of the piezoelectric element 21 is parallel to the rotation axis direction of the inner tank 5, that is, detects the vertical vibration. The arrangement at the upper part is also advantageous in terms of the sound pressure heard by the user when functioning as a piezoelectric buzzer.
[0093]
FIG. 11 shows another example of installing a vibration sensor. This is the case where the vibration sensor 16a is installed above the outer tank 4. Similar to FIG. 10, the vibration sensor 16a is installed such that the polarization direction (ab line in the figure) of the piezoelectric element is parallel to the rotation axis direction of the inner tank 5, that is, the vibration sensor 16a detects vibration in the vertical direction. In this case, the vibration sensor 16a is preferably installed around the upper circumference of the outer tub 4 where the vibration level is as high as possible.
[0094]
FIG. 12 shows another installation example of the vibration sensor. This is the case where the vibration sensor 16a is installed on the bottom surface of the lower part of the outer tub 4. Similarly to FIG. 10, the vibration sensor 16a is installed so that the polarization direction (ab line in the figure) of the piezoelectric element 21 is parallel to the rotation axis direction of the inner tank 5, that is, detects vibration in the vertical direction. In this case, the vibration sensor 16a is preferably installed around the circumference of the bottom surface of the outer tank 4 having a large vibration level (away from the rotation axis of the inner tank).
[0095]
The vibration sensor 16a shown in FIGS. 10 to 12 is shown in FIG. 3. However, also in the case of the vibration sensor shown in FIG. 4 or the vibration sensor module shown in FIG. What is necessary is just to install so as to detect vibration in the direction parallel to the rotation axis of the inner tank, that is, in the vertical direction.
[0096]
FIG. 13 shows a structure of the vibration sensor 16a which is different from the structures of FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals. In this vibration sensor, the lead wire 25 connected to the piezoelectric vibration plate Bz1 in FIGS. 3 and 4 is a leaf-spring-like metal plate serving as electrodes and support legs 31 and 32. 13A shows an overview of the vibration sensor, FIG. 13B shows details of mounting the electrode and the support leg, and FIG. 13C shows a vibration sensor module in which the vibration sensor is fixed together with a vibration sensor circuit in a case to form a module.
[0097]
A leaf spring-shaped metal plate serving as the electrode and support legs 31 and 32 is attached via a piezoelectric diaphragm case 23. This metal plate is formed by cutting out the electrode portions 31a, 32a and the support leg portions 31b, 32b from one leaf spring. However, this is realized by making a cut without completely separating the two. The electrode portions 31a and 32a are sufficiently thinner than the support leg portions. These are integrated at the base, but are fixed to the piezoelectric diaphragm case 23 using the integrated portion.
[0098]
Therefore, a structure for fitting to the metal plate attachment portion and the metal plate root portion of the piezoelectric vibration plate case 23 is provided. After the electrodes / support legs 31, 32 and the piezoelectric diaphragm case 23 are fitted together, the tips of the electrode portions 31a, 32a are soldered to the piezoelectric diaphragm Bz1.
[0099]
The electrodes and support legs 31 and 32 are soldered to the predetermined positions of the circuit board 33 by soldering the tips of the support legs 31b and 32b of the two electrodes and support legs 31 and 32. The sensor circuit 55 is mounted. These are put into a storage case 34 and modularized.
[0100]
A circular rib 35 for fixing the vibration sensor 16a is provided inside the upper surface of the storage case 34, and the piezoelectric vibration plate case 23 is accommodated therein. This prevents the vibration sensor 16a from swinging left and right and applying excessive repetitive stress to the electrode and support legs 31, 32. The upper and lower surfaces of the circuit board 33 are coated with a waterproof resin 36 so as to cover the electronic components and the wiring patterns. A connector 37 is mounted on the circuit board 33, and a power supply and a signal line 38 to the vibration sensor circuit 55 are drawn out of the storage case 34. The storage case 34 is provided with a screw hole 39 for installing the same with a screw or the like.
[0101]
As described above, by integrating the vibration sensor 16a and the vibration sensor circuit 55 into the housing case 34, the connection between the vibration sensor 16a and the vibration sensor circuit 55 is made in the shortest time, and the output signal of the vibration sensor 16a is amplified. It becomes a low output impedance signal. As a result, even when this output line is extended and routed, noise contamination to the AD input terminal of the main MCU 50 can be suppressed. That is, the mounting design to the washing machine can be facilitated.
[0102]
FIG. 14 is a schematic view of the example of FIG. 1 as viewed from above. The vibration sensors 16a are arranged in the vicinity of any one of the hanging rods 10 hanging the outer tub 4 from four corners of the outer frame (housing) 1.
[0103]
If there is no interference with the outer frame (housing), the outer tub 4 rotates in the outer frame (housing) 1 so as to draw an ellipse or a circle when viewed from above. When the outer tub 4 interferes with the outer frame (housing) 1 (or interferes with the damper 11 or the like attached to the outer frame 1), vibration is generated in the washing machine in a front-rear direction or a left-right direction. However, depending on the installation position of the vibration sensor 16a, the magnitude of the vibration may not be correctly observed due to interference with the outer frame 1. As shown in FIG. 14, this can be avoided by arranging a vibration sensor at any of the four corners where the outer tub is suspended or at the periphery thereof (arranged on a diagonal line of the washing machine). This arrangement also has the advantage of reducing the risk of collision between the vibration sensor 16a and the outer frame.
[0104]
In addition, regarding the collision detection between the outer tub 4 and the outer frame 1, the lever 17a of the conventional swing switch 17 uses the lever 17a when the outer tub 4 swings in the front-rear direction or the left-right direction of the washing machine. The problem that the collision cannot be detected due to no contact has occurred. However, in this example, the outer tank vibration itself is detected by using the vibration sensor 16a, so that the above problem can be avoided.
[0105]
Next, an example of a dehydration process control for suppressing noise according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The flowchart of FIG. 15 is a flowchart for controlling the dehydration process of the washing machine. It is assumed that it has a means for detecting the above-described vibration, that is, the vibration sensor 16a and the vibration sensor circuit 55. Such a washing dehydration process is executed by the washing machine control unit according to a program stored in the MCU 50 in advance. In the dehydration process, the collision between the outer tub and the outer frame is monitored at the initial stage of dehydration and the vibration of the outer tub is monitored at the latter stage of dehydration based on information from the vibration sensor 16a.
[0106]
In FIG. 15, step S6 is an interrupt process periodically generated by a timer interrupt or the like. Apart from the flow starting from step S1, in the background of the dehydration process control, the motor rotation speed and the outer tank vibration from the vibration sensor 16a are controlled. In addition to obtaining information, checking the elapsed time, and the like, it also instructs the control circuit 51 that controls the motor. The information acquisition from the vibration sensor 16a means that the signal from the output terminal A56 of the vibration sensor circuit 55 to which the vibration sensor 16a is connected is read by the AD input terminal A57 of the MCU 50, and the signal amplitude is obtained from the maximum and minimum values of the signal. is there. This signal amplitude corresponds to the vertical vibration amplitude of the outer tank.
[0107]
When dehydration is started in step S1, the rotation speed is increased to a predetermined dehydration rotation speed N1 (steps S2 and S3). This is a rotation speed close to the primary resonance frequency or the secondary resonance frequency. When the number of revolutions reaches N1, if the number of collisions between the outer tub 4 and the outer frame 1 up to that time is greater than a predetermined number Cn (step S4), it is determined that the imbalance due to the cloth pieces is large, and dehydration is started. Is abandoned (the rotation of the inner tank 5 is stopped) (step S5), and the rotating blades are rotated to loosen the clothes in the inner tank 5 to reduce imbalance (called rebalancing) (step S6).
[0108]
Here, the number of collisions between the outer tub 4 and the outer frame 1 is obtained from information from the swing switch 17, that is, the number of times the microswitch is opened and closed. Alternatively, a collision sound between the outer tub 4 and the outer frame 1 may be detected by a sound collector. Specifically, the signal from the output terminal B58 of the vibration sensor circuit 55 is read by the AD input terminal B59 of the MCU 50, the signal amplitude is obtained from the maximum and minimum values of the signal, and this is compared with a predetermined threshold. In this case, a collision is determined and the number of times is counted.
[0109]
In the vicinity of the secondary resonance frequency (the longitudinal vibration component is large), the vibration detection output of the vibration sensor 16a can detect an abnormally large longitudinal vibration such as contact with the outer tub 4. As in the case of the collision sound, a signal from the output terminal A56 of the vibration sensor circuit 55 may be read by the AD input terminal A57 of the MCU 50, and may be compared with a predetermined threshold to detect a collision at the secondary resonance.
[0110]
Here, if the imbalance does not decrease even after repeated retries (the number of tries is equal to or more than the predetermined number X), the dehydration process is stopped as a dehydration error (steps S8 and S18).
[0111]
If it is determined that the imbalance is not excessive, the rotation is increased again to a certain rotation speed N2 (step S7, step S9). Here, the current vibration amplitude from the vibration sensor 16a is compared with predetermined thresholds A1 and A2 (steps S10 and S11), the noise due to the generated imbalance is estimated, and the maximum spinning speed Nm and spinning time Td are determined. Determine (Step S12, Step S13, Step S14). Next, how to determine this threshold will be described.
[0112]
Now, a process of setting N2 = 600 rpm and distributing the maximum spinning speed in the spinning cycle to Nm0 = 610 rpm, Nm1 = 750 rpm, and Nm2 = 850 rpm with two thresholds A1 and A2 will be described with reference to FIG. 9B.
[0113]
In FIG. 9B, a dashed line parallel to the data transition (solid arrow) is drawn so as to pass through the intersection of the approximate line of the 850 rpm data and the noise 50 dB line. Similarly, a dashed-dotted line passing through the intersection of the approximate line of the 750 rpm data and the noise 50 dB line is drawn. Arrows are lowered on the vibration amplitude axis vertically from these intersections, and the vibration amplitude values indicated by the arrows are B1 and B2.
[0114]
In addition, a solid line arrow is vertically drawn on the vibration amplitude axis from a point where these one-dot chain lines intersect with the approximate straight line of the 600 rpm data, and the vibration amplitude value indicated by the arrow becomes a threshold value. These are indicated by A1 and A2 in the figure.
[0115]
This means that: In the data having a vibration amplitude value of A1 at 600 rpm, when the rotation speed increases to 850 rpm, the vibration amplitude also increases from A1 to B1, and accordingly, the noise increases from 42 dB to 50 dB.
[0116]
In order to suppress the noise at the maximum spinning speed Nm (= Nm0 or Nm1 or Nm2) to 50 dB or less, when the detected vibration amplitude is smaller than A1 = 1.1 mmp-p, the maximum spinning speed is Nm2 = 850 rpm, 1. The noise can be reduced to 50 dB or less by setting the maximum dehydration speed to Nm1 = 750 rpm from 1 mmp-p to 3.3 mmp-p and setting the maximum dehydration speed to Nm0 = 610 rpm for 3.3 mmp-p or more. Become.
[0117]
The dehydration time Td is set to Td0 for Nm0, Td1 for Nm1, Td2 for Nm2, and (Td0>Td1> Td2) in order to make the dehydration rates the same. For example, Td0 = 12 minutes, Td1 = 10 minutes, and Td2 = 8 minutes.
[0118]
The above processing, that is, the processing in which the vibration amplitude values from the vibration sensor 16a are classified by the thresholds A1 and A2, and the maximum dewatering rotation speed Nm and the dewatering time Td are respectively assigned thereto are step 10 to step 14.
[0119]
Next, the voltage to the motor is set so that the maximum spin speed is Nm0, Nm1, and Nm2, and the spin speed is increased (step S15). Over time, the speed will reach the maximum spin speed. Here, the elapsed time is monitored (step S16), and when the dehydration time reaches the set time (Td0, Td1, Td2), the rotation of the motor is stopped (step S17), and the dehydration ends (step S18).
[0120]
In the dewatering process of this flowchart, the target noise can be suppressed to 50 dB by adjusting the maximum dewatering rotation speed with the vibration amplitude detected by the vibration sensor.
[0121]
The flowchart of FIG. 16 is a flowchart for controlling another dehydration process of the washing machine. In FIG. 16, the same reference numerals are given to the processing units corresponding to FIG.
The difference from FIG. 15 is that, after reaching the maximum spinning speed, the spinning speed is readjusted by the vibration amplitude.
[0122]
The imbalance due to the laundry during dehydration may change due to a change in the water content of the laundry (the cotton fiber hardly loses moisture, but the synthetic fiber easily escapes) or the movement of the laundry. Therefore, it is necessary to prevent the vibration amplitude from increasing due to the change in the unbalance state and the noise from increasing due to the change in the unbalanced state. It is important to provide more robust control.
[0123]
The description of the corresponding processes denoted by the same reference numerals as in FIG. 15 is omitted. A process (steps S19 to S23) for reducing the current spin speed by comparing the vibration amplitude at the current spin speed with the thresholds B1 and B2 according to the set maximum spin speed.
[0124]
The set maximum spinning speed is determined (steps S19 to S20). When Nm = Nm2, if the vibration amplitude is greater than the threshold B1 (step S21), the speed is reduced by a predetermined amount Δ, for example, 20 rpm (step S21). S23). Do nothing if: The number of rotations is reduced by reducing the voltage applied to the motor.
[0125]
Since it takes time for the motor rotation speed to decrease due to inertia, a predetermined waiting time T for nothing is inserted. As described above, the threshold B1 is a vibration amplitude value at which the noise is 50 dB when the rotation speed is Nm2. Exceeding this means that the noise exceeds 50 dB.
[0126]
Similarly, when Nm = Nm1, if the vibration amplitude is larger than the threshold value B2 (step S22), the rotational speed is reduced by a predetermined amount Δ, for example, 20 rpm (step S23). Do nothing if: When Nm = Nm0, nothing is performed.
According to the flowchart described above, even if the unbalance state changes during the dehydration process, the noise can be suppressed to 50 dB or less.
[0127]
FIG. 17 is a flowchart for controlling another dehydration process of the washing machine. 17, the same reference numerals are given to the processing portions corresponding to FIGS. 15 and 16, and the description thereof will be omitted.
[0128]
FIG. 17 differs from FIGS. 15 and 16 in that the vibration amplitude is constantly monitored after the rotation speed exceeds N1, and the dehydration rotation speed is increased or decreased below the maximum dehydration rotation speed by the vibration amplitude.
[0129]
Consider a control in which the maximum dewatering rotation speed Nmax is set to 850 rpm, and a vibration amplitude value B1 (see FIG. 9B) exceeding 50 dB at this rotation speed as a threshold value.
[0130]
If it exceeds N2, the spinning speed is further increased (step S7). While monitoring the vibration amplitude from the vibration sensor, a comparison is made with the threshold value B1 (step S30). If it is smaller than the threshold value B1, the rotation speed is increased by a predetermined amount Δ (step S31). If it is equal to or greater than the threshold value B1, the rotation speed is decreased by Δ (step S32). Then, it is determined whether the current spin speed exceeds the maximum spin speed Nmax (step S33). If it exceeds, the rotational speed is decreased by Δ (step S32). The above is repeated while monitoring the dehydration time (step S16).
[0131]
As a result, the dehydration speed is limited to the maximum dehydration speed Nmax = 850 rpm, and becomes a steady speed with a noise of 50 dB or less. At this time, the dehydration rotation speed in the steady state takes various values depending on the vibration amplitude, that is, the unbalance state and the amount due to the leaning of the cloth piece.
[0132]
In FIG. 17, the variation of the vibration amplitude may be added to the control. This is for the following reason.
[0133]
As the spinning speed increases, the vibration of the washing machine eventually approaches the resonance point of the third mode. This is a vibration in which the inner tub 5 and the outer tub 4 of the washing machine swing in opposite phases. When the vibration increases, the inner tub 5 and the outer tub 4 collide, the center of the rotation axis of the inner tub 5 is shifted, and the laundry is washed. You will have an imbalance even if you do not put in. At this time, since excessive vibration and noise are generated, it is necessary to prevent such a vibration mode. When the resonance point of the third mode is approached, the vibration of the outer tub rapidly increases.
[0134]
Therefore, a change in vibration is monitored, and when a phenomenon that leads to a sudden increase occurs, control for suppressing the number of revolutions is added to the control shown in FIG.
[0135]
In addition, the maximum spinning speed Nmax may be a constant value as described above, or the laundry amount of laundry may be sensed at the start of washing, and may be a value corresponding to the laundry amount.
[0136]
Next, control for determining a failure of a mechanical component using the sound collection function of the vibration sensor 16a will be described.
[0137]
Although the washing machine of FIG. 1 is also equipped with various actuators, actual washing machines and washing / drying machines have more actuators. They can operate independently, and all are controlled by the MCU 50.
[0138]
In a washing machine, at the time of course selection / input work at the start of operation, at the time of temporary stop / at the end of operation, and the like, a notification sound for transmitting the notification is generated by using the vibration sensor 16a as a piezoelectric buzzer. In addition, at the time of dehydration, the vibration of the outer tub 4 is detected, and the above-described control for suppressing the vibration and noise is performed.
[0139]
Further, during the operation of the washing machine, it functions as a sound collector and detects abnormal sounds of various actuators such as a water supply valve, a drain valve, a clutch, and a gear. At this time, it is necessary to detect only the abnormal sound generated from the washing machine without being confused by the surrounding noise or the like. To cope with this, since the MCU 50 controls the actuators, sound is collected in accordance with the timing at which the MCU 50 itself moves them.
[0140]
By using this sound collector, various sounds generated by each actuator of the washing machine can be collected. That is, it can be said that this is a sensor capable of detecting noise, and this noise level makes it possible to detect an abnormal operation sound of each actuator and estimate these failures.
[0141]
Further, since the MCU 50 obtains the abnormal noise from each actuator for controlling the operation at the control timing, it is possible to specify the source of the abnormal noise. The MCU 50 emits an ON signal of the actuator, starts capturing data of the sound collector, and captures an operation sound of the actuator. Subsequently, an off signal of the actuator is issued, and the data acquisition of the sound collector is stopped. Furthermore, if various abnormal sounds of the washing machine obtained as described above are subjected to FFT or wavelet transform on the software of the MCU 50, various sounds can be decomposed into spectra.
[0142]
At this time, if the natural frequency of the sound generated by each actuator of the washing machine, the sound pressure level in normal operation, and the like are known in advance, the failure of each actuator of the washing machine is determined in more detail by comparing them. It becomes possible.
[0143]
2. Description of the Related Art Conventionally, in failure diagnosis, an electrical detection means is generally employed. This seems to be the preferred approach in terms of cost. However, in such a method, it is only possible to diagnose a failure of an element mediated by electricity. For example, there are many failures (complaints) related to unpleasant noises during the operation of the washing machine, such as poor engagement of gears and clutches, abnormal noise of bearings, and friction noise. The use of this failure diagnosis is very effective because the washing machine itself can automatically diagnose the above-mentioned defect without performing a detailed inspection by a service person.
[0144]
Next, a case where two vibration sensors 16a and 16b are installed in the outer tank 4 will be described. If there is no interference with the outer frame (housing) 1, the outer tub 4 rotates so as to draw an ellipse or a circle when viewed from above in the outer frame 1. Therefore, this lateral vibration can be detected by attaching the vibration sensor 16a to the outer tub 4 so that the thickness direction (polarization direction) of the piezoelectric vibration plate coincides with the direction toward the center of the outer tub 4. .
[0145]
As described above, when an imbalance occurs in the vertically opposed position, there is always a point serving as a node of vibration at any one point of the outer tank 4. When the vibration is measured at such a node, the vibration may be violent up and down even though there is almost no amplitude at this point. Therefore, when installing the two vibration sensors 16a and 16b, it is effective to attach one to the upper part of the outer tub 4 and the other to the lower part of the outer tub 4 which are not affected by such a node.
[0146]
FIG. 18 shows an example in which the outer tub 4 is provided with two vibration sensors 16a and 16b. Vibration sensors 16a and 16b are respectively installed on the upper and lower parts of the outer tub 4 on the same vertical line so as to detect the lateral vibration of the outer tub 4. Although these vibration sensors 16a and 16b are shown in FIG. 3, they may be those shown in FIGS.
[0147]
FIG. 19 is a configuration diagram of the washing machine control unit of this example. 19, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and a vibration sensor circuit 62 is newly added. The piezoelectric sensor 16b is connected to the vibration sensor circuit 62, and the signal output terminal C63 of the circuit is connected to the AD input terminal C64 of the MCU 50.
[0148]
FIG. 20 shows details of the vibration sensor circuit 62. 20, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same items. The vibration sensor circuit 62 is obtained by removing the driving circuit for the piezoelectric buzzer, the switching circuit, and the audible sound band-pass filter from the vibration sensor circuit 55 in FIG. It simply includes a differential amplifier that amplifies a voltage signal generated in the piezoelectric diaphragm Bz1, a notch filter, and an inverting amplifier having double integration.
[0149]
Next, the operation of this example will be described with reference to FIGS.
[0150]
As described above, the washing machine vibrates in various modes. Since the piezoelectric element is polarized in the thickness direction, such an installation method is nothing but picking up a lateral component (vibration in the left-right direction) of the vibration of the outer tub 4.
[0151]
As described above, when one vibration sensor 16a is installed above or below the outer tub 4 so as to detect vertical vibration, the following problems may be considered. When the outer tub 4 strongly generates a conical vibration component (in many cases, the secondary mode), the vibration sensor 16a has a small detection value in the vertical direction, but is actually in a very dangerous vibration state in the horizontal direction. There is a possibility.
[0152]
Generally, the level ratio between the vibration amplitude in the vertical direction and the horizontal direction is 1 to 3 or more. Further, it has been empirically known that when an imbalance occurs only in the lower portion, the vibration amplitude in the upper portion of the outer tub 4 becomes about 1/3 as compared with the vibration amplitude in the lower portion of the outer tub 4. This is the same when imbalance occurs only in the upper part.
[0153]
That is, when only one vibration sensor is provided, it cannot be detected in spite of a dangerous level such as a collision between the outer frame 1 and the outer tub 4 or a collision between the outer tub 4 and the inner tub 5. There is a possibility that a vibration mode (unbalanced state) exists or a dangerous vibration level threshold is not uniquely determined (the threshold differs for each vibration mode).
[0154]
Further, in the washing machine, there are some resonance (mode) points in the vibration during the spin-drying operation. The primary resonance is a mode in which the upper and lower sides vibrate in the same phase (translational motion), and the secondary resonance is a mode in which the upper and lower sides vibrate in the opposite phase (conical motion). If the vibration sensors 16a and 16b are arranged and the phase of vibration is taken into consideration, this can be easily detected.
[0155]
What solves these problems is the two vibration sensors 16a and 16b installed on the upper and lower parts of the outer tank 4 in FIG. 18, and is an example configured by the control unit in FIG. 19 and the vibration sensor circuit 62 in FIG. is there.
[0156]
FIG. 21 shows the relationship between the lateral vibration amplitude at the upper and lower parts of the outer tub 4 and the spinning speed in the vibration mode caused by the typical cloth piece unbalance shown in FIG. 21A shows an upper unbalance, FIG. 21B shows a lower unbalance, FIG. 21C shows an upper and lower in-phase imbalance, and FIG.
[0157]
The upper and lower vibration amplitude levels are different in each vibration mode. As shown in FIGS. 22A and 22B, the phase relationship between the upper and lower vibration amplitudes in the in-phase and out-of-phase (opposite) unbalances is such that the in-phase swings up and down (translational motion), but the up-and-down swing in the out-of-phase mode. Swings in opposite phases (conical, rubbing). In the figure, + indicates the swing of the outer tank 4 in the outer frame direction, and-indicates the swing in the opposite direction. As described above, the vibration modes can be distinguished from each other by using the level and the phase relationship of the upper lateral vibration and the lower lateral vibration from FIGS. Specifically, it is as shown in the flowchart shown in FIG.
[0158]
FIG. 24 shows the relationship between the lateral vibration at the top of the outer tank 4 and the noise in each vibration mode. 24A shows an upper unbalance, FIG. 24B shows a lower unbalance, FIG. 24C shows an upper and lower in-phase imbalance, and FIG. It can be seen that there is a correlation between the vibration amplitude and the noise in the vibration mode. However, the relationship between the vibration amplitude and noise differs greatly in each vibration mode.
[0159]
The relationship between the upper lateral vibration and the noise in FIG. 8A shown in the above example includes all of FIGS. 24A, 24B, 24C and 24D. As described above, when the respective vibration modes are combined, that is, when the lateral vibration is detected by only one vibration sensor, there is no correlation with the noise. However, as shown in FIGS. 24A, 24B, 24C and 24D, there is a correlation when this is observed for each vibration mode.
[0160]
As described above, the upper and lower two vibration sensors 16a and 16b detect the horizontal vibration, and based on this, determine the vibration mode, that is, the state of the cloth-side imbalance, and The noise can be reduced by grasping the relationship between the noises from B, C, and D for each vibration mode and controlling the dehydration rotation speed based on the vibration amplitude in each vibration mode.
[0161]
FIG. 25 shows a flowchart in which this example is applied to the control shown in FIG. 15 of the above example. The difference from FIG. 15 is that the vibration mode determination processing shown in FIG. 23 is added, and the maximum spin-drying rotation and the control threshold are provided in the form of a table for each vibration mode. The basic operation is similar to that of FIG.
[0162]
The vibration mode determination process (step S50) is performed at the N2 rotation speed, and based on this, the above-described table data is read (step S51), and control is performed in the same manner as in FIG.
The flow charts for other dehydration controls are the same for, for example, FIGS. 16 and 17. The vibration mode determination process shown in FIG. 23 and a threshold value for rotation speed control for each vibration mode may be provided from the read table values. .
[0163]
In addition, the installation positions of these two vibration sensors 16a and 16b may be shifted in phase by 90 [deg]. This assumes that the outer tank 4 is not circularly moved around. In other words, this is to cope with a case where the vibration in a certain direction is small but the vibration at a position shifted by 90 [deg] is very large.
[0164]
Next, a case in which the combined value of the horizontal and vertical vibrations of the outer tub 4 is detected by one vibration sensor 16a will be described.
FIG. 26 shows an installation example in which the vibration sensor 16a of FIG.
[0165]
FIG. 26 is similar to FIG. 11, but differs from FIG. 11 in that the piezoelectric element 21 and the side surface of the outer tank 4 are between 0 [deg] and 90 [deg] when the vibration sensor 16a is attached. The point is to set up to have an angle. With this arrangement, it is possible to pick up both the radial (left-right) vibration and the vertical vibration of the outer tub 4. By doing so, the vertical vibration and the horizontal vibration can be detected simultaneously, and the disadvantage of not detecting the horizontal vibration in the above-described example can be solved.
[0166]
FIG. 27 shows a sectional view of the inside of another vibration sensor. Rather than tilting the attachment of the vibration sensor itself as described above, it is more advantageous to tilt and fix the piezoelectric vibration plate shown in FIG. 27 in advance to form the vibration sensor 16a in terms of space required for installation and stability.
[0167]
The vibration sensor shown in FIG. 27 has the piezoelectric vibration plate described with reference to FIGS. However, in FIG. 27, the lead wire 25 of the piezoelectric vibration plate is directly soldered to the thin film 21a and the metal plate 22. The piezoelectric vibrating plate is supported and enclosed by the lower case 41 and the upper case 42. This vibration sensor is attached to the object of vibration measurement at the right end (lower case 41) in the figure.
[0168]
As is apparent from the figure, the piezoelectric vibration plate is inclined with respect to the mounting surface and elastically supported by the lower case 41 with silicon rubber or the like. Since the piezoelectric element 21 is polarized in the thickness direction, it generates a voltage mainly proportional to the deflection in the thickness direction. For example, if the piezoelectric diaphragm is installed horizontally with respect to the mounting surface, only the acceleration acting in the direction perpendicular to the mounting surface can be measured.
[0169]
However, by installing the piezoelectric vibrating plate at an angle to the mounting surface as in this example, it is possible to measure not only the direction perpendicular to the mounting surface but also the acceleration in the horizontal direction. In the vertical type fully automatic washing machine, in the primary resonance, the upper and lower sides vibrate in the same phase, and the entire outer tub performs translational motion (lateral vibration), whereas in the secondary resonance, the upper and lower sides vibrate in the opposite phase, The outer tub 4 generates conical vibration (vertical vibration). The structure shown in this example is a device for responding to the detection of such vertical and lateral vibrations.
[0170]
In the above example, since the resultant force due to the acceleration in the left-right direction and the acceleration in the vertical direction acts on the piezoelectric diaphragm, various vibrations can be detected as it is. At this time, by changing the angle of the piezoelectric element 21 to be installed, it is possible to adjust the sensitivity to vibration in each of the left-right direction and the up-down direction. The installation angle is determined by paying sufficient attention to what kind of vibration component one wants to obtain.
[0171]
It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described example, and it goes without saying that various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0172]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using a vibration sensor having a configuration in which an inexpensive piezoelectric vibration plate is used as a core, it is possible to reduce the cost when the sensor is introduced. Then, control for suppressing vibration and noise is performed using the vibration sensor, and a low-vibration and low-noise washing machine can be provided.
Further, the contact between the outer tank and the inner tank can be prevented to enhance the reliability.
[0173]
Further, according to the present invention, a mechanism for switching the parallel resistance of the piezoelectric element in the vibration sensor circuit is provided, and the piezoelectric diaphragm case is designed as a resonator, so that the conventional piezoelectric buzzer for information can be used, and the piezoelectric buzzer and the vibration can be used. It is possible to use the detection device and the audible sound collector together. Accordingly, the vibration can be detected without adding a new piezoelectric vibrating plate serving as a sensor or a case enclosing the piezoelectric vibrating plate, and the cost can be reduced.
[0174]
Further, according to the present invention, the failure diagnosis of each actuator can be performed using the sound collection function. This makes it possible to diagnose a failure of a component that could not be diagnosed by a conventional electric method, and to use the method together with the electric method to provide a more effective failure diagnosis system.
[0175]
As in the present invention, the vibration is monitored by using the vibration sensor and the imbalance generated in the inner tank is estimated, thereby determining the maximum spinning speed and spinning time, and performing the spinning operation accordingly. This makes it possible to provide a dehydration operation that does not deteriorate the dehydration rate while suppressing excessive vibration and noise during dehydration.
[0176]
Further, according to the present invention, the vibration level is constantly monitored, so that when a sudden change in the rotation speed (abnormal vibration) occurs, the rotation is stopped. This is effective as a fail-safe function of the product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the inside of a vertical type fully automatic washing machine showing an example of an embodiment of the washing machine of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a control device of the vertical type fully automatic washing machine.
FIG. 3 shows an example of a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and an audible sound collector, where A is a top view and B is a cross-sectional view taken along line BB.
FIG. 4 shows an example of a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and an audible sound collector, where A is a top view and B is a cross-sectional view taken along line BB.
FIG. 5 is a connection diagram illustrating an example of a vibration sensor circuit.
FIG. 6 is a diagram for explaining an unbalance occurrence position in the washing machine;
FIG. 7 is a diagram for explaining vibration characteristics of a washing machine outer tub;
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between vibration and noise of the outer tub of the washing machine.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a washing machine dehydration rotation speed and noise.
FIG. 10 is a cutaway sectional view showing an example of a vibration sensor arrangement on the upper side surface of the outer tank.
FIG. 11 is a cutaway sectional view showing an example of the arrangement of a vibration sensor on the upper surface of the outer tank.
FIG. 12 is a cutaway sectional view showing an example of the arrangement of the vibration sensor on the bottom surface of the lower portion of the outer tank.
13 shows an example of a vibration sensor and a vibration sensor module, wherein A is a perspective view of the vibration sensor, B is a sectional view of a main part of FIG. A, and C is a sectional view of the vibration sensor module.
FIG. 14 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of dehydration process control.
FIG. 16 is a flowchart showing another example of the dehydration process control.
FIG. 17 is a flowchart showing another example of the dehydration process control.
FIG. 18 is a cutaway sectional view showing an example of the arrangement of vibration sensors on the upper and lower side surfaces of the outer tank.
FIG. 19 is a configuration diagram showing a control device of a vertical type fully automatic washing machine according to another example of the present invention.
FIG. 20 is a connection diagram illustrating another example of the vibration sensor circuit.
FIG. 21 is a diagram for explaining the vertical and horizontal vibrations of the outer tub with a typical unbalanced cloth piece;
FIG. 22 is a diagram for explaining a lateral vibration signal of the upper and lower parts of the outer tank.
FIG. 23 is a flowchart illustrating an example of vibration mode determination.
FIG. 24 is a diagram for explaining the relationship between vibration and noise of the outer tub of the washing machine at each imbalance.
FIG. 25 is a flowchart showing another example of the dehydration process control.
FIG. 26 is a cutaway sectional view showing an example of the arrangement of vibration sensors on the upper surface of the upper portion of the outer tank.
FIG. 27 is a sectional view showing another example of the vibration sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer frame (housing), 4 ... Outer tub (water tank), 5 ... Inner tub (washing tub), 16a, 16b ... Vibration sensor, 21 ... Piezoelectric element, 21b ..Waterproof material, 22 ... metal disk, 23 ... piezoelectric diaphragm case, 24 ... sensor case cover, 25 ... lead wire, Bz1 ... piezoelectric diaphragm, 31, 32 ... Electrode and support leg of piezoelectric vibrating plate, 55: vibration sensor circuit A, 62: vibration sensor circuit B

Claims (16)

筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽内に回転可能に設けられた内槽と、該内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を支持し、これを水封に内蔵するケースとからなる振動センサを、前記外槽の上部あるいは下部に前記圧電素子の分極方向が前記内槽の回転軸と平行となるように設置することを特徴とする洗濯機。An outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a washing machine including a motor for rotating the inner tub, A vibration sensor comprising a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, and a case supporting the outer periphery of the piezoelectric element and incorporating the piezoelectric element in a water seal, the upper part of the outer tank or A washing machine, wherein a polarization direction of the piezoelectric element is installed at a lower portion so as to be parallel to a rotation axis of the inner tub. 筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽内に回転可能に設けられた内槽と、該内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板と該金属板の接着周辺及び前記圧電素子を被膜する防水材とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を支持し、これを内蔵するケースとからなる振動センサを、前記外槽の上部あるいは下部に、前記圧電素子の分極方向が前記内槽の回転軸と平行となるように設置することを特徴とする洗濯機。An outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a washing machine including a motor for rotating the inner tub, A piezoelectric vibration plate comprising a piezoelectric element, a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, a periphery of the metal plate and a waterproof material covering the piezoelectric element, and a case which supports the outer periphery of the piezoelectric vibration plate and incorporates it A washing machine comprising: a vibration sensor comprising: a vibration sensor comprising: a vibration sensor having a polarization direction parallel to a rotation axis of the inner tub; 筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽内に回転可能に設けられた内槽と、該内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板と該金属板の接着周辺及び前記圧電素子を被膜する防水材とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を支持し、これを内蔵し、前記金属板の可聴振動音を共鳴させる音響共鳴空間を持つ一端開放の円筒ケースとから構成される振動センサを、前記外槽の上部あるいは下部に、前記圧電素子の分極方向が前記内槽の回転軸と平行となるように設置することを特徴とする洗濯機。An outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a washing machine including a motor for rotating the inner tub, A piezoelectric vibrating plate made of a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, and a bonding material of the metal plate and a waterproof material covering the piezoelectric element; and supporting the outer periphery of the piezoelectric vibrating plate, and incorporating the piezoelectric vibrating plate. A vibration sensor comprising an open-ended cylindrical case having an acoustic resonance space for resonating the audible vibration sound of the metal plate is provided on the upper or lower part of the outer tank. A washing machine characterized by being installed so as to be parallel to an axis. 請求項１、２又は３記載の洗濯機において、正圧電効果による発音を可能にする圧電ブザー駆動回路と、逆圧電効果による振動加速度の検出を可能にする振動加速度検出回路と、これら回路を自動に切り替える切り替え回路とを持つ振動センサ回路を備えたことを特徴とする洗濯機。4. A washing machine according to claim 1, 2 or 3, wherein a piezoelectric buzzer driving circuit enabling sound generation by a positive piezoelectric effect, a vibration acceleration detecting circuit enabling detection of a vibration acceleration by an inverse piezoelectric effect, and these circuits are automatically operated. A washing machine characterized by comprising a vibration sensor circuit having a switching circuit for switching between the two. 請求項４記載の洗濯機において、前記振動加速度検出回路の出力信号により、脱水時の前記内槽の回転数を制御することを特徴とする洗濯機。5. The washing machine according to claim 4, wherein the rotation speed of the inner tub during dehydration is controlled by an output signal of the vibration acceleration detection circuit. 請求項４記載の洗濯機において、外槽振動の周波数が所定の値より低い場合は振動加速度をそのまま検出し、高い場合は振動の振幅を検出することを特徴とする洗濯機。5. The washing machine according to claim 4, wherein when the frequency of the outer tub vibration is lower than a predetermined value, the vibration acceleration is detected as it is, and when it is higher, the amplitude of the vibration is detected. 請求項５記載の洗濯機において、脱水運転時に、前記内槽の回転数が低い場合には、前記振動センサで水槽の筐体への衝突を検知し、逆に前記内槽の回転数が所定の値より高い場合には、前記振動センサによって布のアンバランスによる騒音量を推定し、騒音量に応じて前記内槽の最高回転数及び脱水時間を決定し、制御することを特徴とする洗濯機。6. The washing machine according to claim 5, wherein when the rotation speed of the inner tub is low during the spin-drying operation, the vibration sensor detects a collision of the water tub with the housing, and conversely, the rotation speed of the inner tub is set to a predetermined value. If the value is higher than the value of the washing, the vibration sensor estimates the noise amount due to the imbalance of the cloth, and determines and controls the maximum number of revolutions and dehydration time of the inner tub according to the noise amount. Machine. 請求項５記載の洗濯機において、脱水運転時に、常に前記振動センサによって振動を監視し、振動の大きさに応じて回転数を制御することを特徴とする洗濯機。6. The washing machine according to claim 5, wherein a vibration is constantly monitored by the vibration sensor during a spin-drying operation, and the number of revolutions is controlled according to the magnitude of the vibration. 請求項５記載の洗濯機において、脱水運転時に、前記振動センサによって振動振幅の変化を常に監視し、振幅の急な上昇を検出した場合に脱水回転数をそこで固定あるいは低減することを特徴とする洗濯機。6. The washing machine according to claim 5, wherein a change in vibration amplitude is constantly monitored by the vibration sensor during the spin-drying operation, and when a sudden increase in amplitude is detected, the spin-drying speed is fixed or reduced there. Washing machine. 請求項１、２又は３記載の洗濯機において、正圧電効果による発音を可能にする圧電ブザー駆動回路と、逆圧電効果による振動加速度及び可聴音の検出を可能にする振動加速度検出回路及び可聴音検出回路と、前記圧電ブザー駆動回路と前記振動加速度検出回路及び可聴音検出回路とを自動に切り替える切り替え回路とを持つ振動センサ回路を備えることを特徴とする洗濯機。4. The washing machine according to claim 1, 2 or 3, wherein a piezoelectric buzzer drive circuit capable of generating a sound by a positive piezoelectric effect, a vibration acceleration detection circuit capable of detecting a vibration acceleration and an audible sound by an inverse piezoelectric effect, and an audible sound. A washing machine, comprising: a vibration sensor circuit having a detection circuit and a switching circuit for automatically switching between the piezoelectric buzzer drive circuit, the vibration acceleration detection circuit, and the audible sound detection circuit. 筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽内に回転可能に設けられた内槽と、各行程を制御する制御手段と、複数のアクチュエータを駆動する複数の駆動手段とからなる洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を支持し、これを内蔵するケースとからなる可聴音を集音する集音器を、前記筐体内に設置し、前記制御手段が前記各駆動手段に出力する信号にもとづき前記集音器の集音の開始と停止を制御する集音開始停止制御手段を設け、前記集音器を用いて前記筐体内の前記アクチュエータの発する音あるいは駆動される機構の発する音を集音し、該集音信号により前記行程を制御することを特徴とする洗濯機。Driving a plurality of actuators, an outer tank that is a water receiving tank suspended swingably in the housing, an inner tank rotatably provided in the outer tank, control means for controlling each stroke, and a plurality of actuators In a washing machine comprising a plurality of driving means, a piezoelectric vibrating plate comprising a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is adhered, and a case which supports the outer periphery of the piezoelectric vibrating plate and incorporates the same. A sound collector for collecting a hearing sound, installed in the housing, and a sound collection start / stop control for controlling start and stop of sound collection of the sound collector based on a signal output from the control unit to each of the drive units. Means for collecting a sound emitted by the actuator or a driven mechanism in the housing using the sound collector, and controlling the stroke by the sound collection signal. . 請求項１１記載の洗濯機において、前記制御手段が前記各駆動手段に出力する出力信号にもとづき前記各アクチュエータの一つを特定し、前記集音器の集音した集音信号から前記特定した前記アクチュエータの故障を診断することを特徴とする洗濯機。12. The washing machine according to claim 11, wherein the control unit specifies one of the actuators based on an output signal output to each of the driving units, and the specified from the sound collection signal collected by the sound collector. A washing machine for diagnosing a failure of an actuator. 筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽内に回転可能に設けられた内槽と、該内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を支持し、これを水封に内蔵するケースとからなる振動センサを、前記外槽の上部及び下部に１個づつ、前記圧電素子の分極方向が前記外槽の径方向に一致するように設置することを特徴とする洗濯機。An outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a washing machine including a motor for rotating the inner tub, A vibration sensor consisting of a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, and a vibration sensor comprising a case that supports the outer periphery of the piezoelectric vibration plate and incorporates the same in a water seal, the upper part of the outer tank and The washing machine according to claim 1, wherein one of the piezoelectric elements is disposed at a lower portion such that a polarization direction of the piezoelectric element coincides with a radial direction of the outer tub. 請求項１３記載の洗濯機において、前記振動センサを９０［ｄｅｇ］の角度をもって配置することを特徴とする洗濯機。14. The washing machine according to claim 13, wherein the vibration sensor is arranged at an angle of 90 [deg]. 請求項１、２又は３記載の洗濯機において、前記圧電素子の分極方向が前記外槽の径方向に対して０［ｄｅｇ］〜９０［ｄｅｇ］の範囲にある角度を持つように設置することを特徴とする洗濯機。4. The washing machine according to claim 1, wherein the polarization direction of the piezoelectric element is set to have an angle in a range of 0 [deg] to 90 [deg] with respect to a radial direction of the outer tub. A washing machine characterized by the following. 筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽内に回転可能に設けられた内槽と、該内槽を回転させるモータとからなる洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を、前記金属板を取り付け面に対して傾けた状態で支持し、これを内蔵する防水ケースとから構成される振動センサを、前記外槽の上部あるいは下部に、前記取り付け面が前記外槽の径方向と平行となるように設置することを特徴とする洗濯機。An outer tub, which is a water receiving tub suspended swingably in a housing, an inner tub rotatably provided in the outer tub, and a washing machine including a motor for rotating the inner tub, A piezoelectric vibrating plate composed of a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, a peripheral case of the piezoelectric vibrating plate is supported in a state where the metal plate is inclined with respect to a mounting surface, and a waterproof case incorporating the same. A washing sensor, comprising: a vibration sensor configured to include: a top surface or a bottom surface of the outer tub such that the mounting surface is parallel to a radial direction of the outer tub.

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