JP4840400B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、水槽内に設置した有底円筒形に形成された回転ドラムを回転駆動することにより、洗濯物を洗濯するドラム式洗濯機に関するものである。

従来、この種のドラム式洗濯機は高濃度の洗剤の洗濯水により洗濯を行うため、水槽内に泡が発生しやすいという問題がある。水槽内で異常発泡した場合、洗濯性能やすすぎ性能の低下をもたらしたり、その泡が通常入りこまない部分、例えば乾燥機能を有する構造の場合には、乾燥風路や循環風発生部材などに進入し絶縁劣化などにより、故障の原因となる。

そこで、水槽内における異常発泡を検知して、その泡を除去したり、泡の発生を抑制するドラム式洗濯機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来のドラム式洗濯機の構成を示すものである。図に示すように、サスペンション構造２２によって支持された水槽（外槽）２０内に、回転ドラム２３が配設され、回転ドラム２３はモータ２８によって回転駆動される。

水槽（外槽）２０内に貯留された洗剤水に浸漬する位置に設けられた導電性の第１電極部２５と、水槽（外槽）２０内にあって泡の上昇を検知したい位置に設けられた第２の電極部２６とを構成し、第１電極部２５と第２の電極部２６の電気的導通を検知することにより泡の異常発生を認知すると、冷却水を給水する等の泡消しの制御をするようになっている。
特開２００３−２６０２９０号公報

しかしながら、前記従来の手段では決められた所定の位置まで泡が上昇しないと検知しないので、異常発泡時に泡を消す制御を行うことはできても、泡の発生状態に応じて、例えば、異常発生にいたる前の段階で泡の発生を抑え洗濯性能の低下を防止する、といった事前の対応はできないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、特別な泡検知のセンサを設けることなく、洗剤の泡立ち状態を無段階で判定し、最適な洗濯を実現するドラム式洗濯機を提供することにある。

前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム式洗濯機は、洗濯物を投入する回転ドラムを収容し筐体から弾性支持機構により揺動自在に支持された水槽と、前記回転ドラ
ムを回転させるモータと、前記水槽の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段で検出した振動に対して周波数成分を計算する周波数成分計算手段と、洗浄、すすぎ、脱水、乾燥などの一連の工程を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、洗浄もしくはすすぎ動作中に振動検出手段により水槽の振動を検出し、前記振動検出手段で検出した振動を前記周波数成分計算手段により得た結果により、前記回転ドラム内の洗剤の泡立ちを判定したものである。

これによって、回転ドラム内の洗剤の泡立ち状態を無段階で判定し、判定結果に応じて、回転ドラムの回転時間を短くし、停止時間を長くする、あるいは回転数を低下させる等の制御により、洗剤の泡立ちを抑えるような動作を行う事ができるので、異常発生にいたる前の段階で泡の発生を抑え洗濯性能の低下を防止することができる。

本発明のドラム式洗濯機は、回転ドラム内の洗剤の泡立ち状態を正しく無段階的に判定し、異常発生にいたる前の段階で泡の発生を抑え洗濯性能の低下を防止することができる。

第１の発明は、洗濯物を投入する回転ドラムと、前記回転ドラムを収容し、かつ筐体から弾性支持機構により揺動自在に支持された水槽と、前記回転ドラムを回転させるモータと、投入された洗濯物を引っ掛け持ち上げる撹拌突起と、洗濯物を洗浄するための洗剤を投入する洗剤ケースと、前記水槽内に給水し洗剤を流し込む給水手段と、前記水槽内の洗濯水を排水する排水手段と、前記水槽の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段で検出した振動に対して周波数成分を計算する周波数成分計算手段と、洗浄、すすぎ、脱水、乾燥などの一連の工程を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、洗浄もしくはすすぎ動作中に前記振動検出手段により前記水槽の振動を検出し、前記振動検出手段で検出した振動を前記周波数成分計算手段により得た結果により、前記回転ドラム内の洗剤の泡立ちを判定することにより、洗剤の泡立ち状態を無段階で判定し、泡の発生状態に応じて、例えば、異常発生にいたる前の段階で泡の発生を抑え、洗濯性能の低下を防止する最適な洗濯を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の振動検出手段を、少なくともひとつ以上の加速度センサから構成され、水槽の上下、左右、前後等の方向の少なくともひとつ以上の振動を加速度として検出し、前記方向毎の加速度、もしくは前記方向毎の加速度の和を出力することにより、水槽の三次元の挙動を検知できるので、精度よく水槽の振動を把握することができる。

第３の発明は、特に第１の発明または第２の発明の制御手段を、振動検出手段により得られた振動の大きさ、または、振動の変化の大きさにより、回転ドラム内の洗剤による泡立ち状態を判定することにより、特別な泡検知センサを必要としないで、泡検知が可能となる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明のいずれか１つの発明の制御手段を、周波数成分計算手段により、回転ドラムの回転周波数に撹拌突起の個数分を乗じたものに対応する各周波数帯の、振動のスペクトル値の大きさ、または、スペクトル値の変化の比率の大きさにより、前記回転ドラム内の洗剤による泡立ち状態を判定することにより、より正確な泡の発生の検知が可能となる。

第５の発明は、特に第１〜４の発明のいずれか１つの発明において、回転ドラムの回転速度を制御する回転速度制御手段と、前記回転ドラムの回転時間を制御する回転時間制御
手段を備え、制御手段が判定した泡立ち状態に応じて、前記回転ドラムの回転時間を短く、あるいは停止時間を長く、あるいは回転速度を遅くすることにより、泡の発生の程度に応じた回転ドラムの回転制御により、泡の発生を抑え洗濯性能の低下を防止する事ができる。

第６の発明は、特に第１〜５の発明のいずれか１つの発明の制御手段を、回転ドラム内での洗剤による泡立ち状態を判定し、判定した泡立ち状態に応じて給水手段により水槽内に洗濯水を所定量または所定時間給水するとともに、排水手段により、前記水槽内から洗濯水を所定量または所定時間排水することにより、泡の発生が特に大きい場合には、泡消しの制御に移行させて異常の発生を防止する事ができる。

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

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯機の構成図を示すもので、図２は、泡立ちによる加速度センサ出力の時間変化を、（ａ）泡立ちの大きい場合、（ｂ）泡立ち小さい場合のそれぞれ示す図であり、図３は、同ドラム式洗濯機の、加速度センサ出力の変化に対する回転ドラムの制御を示す図である。

図１の構成図において、洗濯機本体である筐体１内に、ばね８ａおよびダンパー８ｂ等の弾性支持機構で揺動自在に水槽２を防振支持し、水槽２内に衣類などの洗濯物を投入し回転する洗濯槽としての回転ドラム３を回動自在に軸支する。

回転ドラム３は、内周壁に１個または複数個の衣類持ち上げ用の撹拌突起１２を有し、水槽２の背面外方に固着したモータ４と結合され、回転することにより内部の洗濯物を洗浄する。モータ４は、ブラシレスモータ等で構成し、回転速度は可変であり、洗濯工程では正転・反転を繰り返す。

筐体１内の上方には、水槽２内に洗剤を投入するための洗剤ケース１４と、水槽２および回転ドラム３内部に洗濯水を給水するための給水手段１３を配し、筐体１内の下方には水槽２内の洗濯水を排水するための排水手段１５が配管されている。

水槽２の振動を検出する振動検出手段（加速度センサ）６は、水槽２の上部に固着し、脱水時に水槽２の異常振動等を検知する働きを有すると共に、回転ドラム３の回転に伴い撹拌突起１２により持ち上げられた洗濯物が回転ドラム３の底部に落下した際に水槽２に伝えられる前後左右上下方向の振動（加速度）を検出するもので、振動検出手段（加速度センサ）６としては、半導体加速度センサ、あるいは圧電型加速度センサなどで構成し、３軸方向の加速度センサで構成される。

３軸としている理由は、実際の水槽の振動は、必ずしも一方向に限定できないので、３軸の加速度成分を加算して合計したものを利用するのが水槽２の動きを検知する精度が高まり効果的に振動を検知できるからである。

振動検出手段６で検出した水槽２の振動（加速度）から、各周波数帯においてデータがどのような強度の信号成分を有するか、を観察するためフーリエ変換処理を行い、モータ４の回転速度に対応する周波数成分を抽出する周波数成分計算手段９は、具体的にはマイコンで構成されており、振動検出手段６で得た信号から離散フーリエ変換（ＤＦＴ）もしくは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、各周波数成分の大きさを計算する。

なお、回転ドラム３の回転速度は、回転速度制御手段１０から、回転時間は回転時間制御手段１１からそれぞれ取得する。制御手段７は、振動検知手段６で得た信号の振幅の時間推移による減少率、または周波数成分計算手段９で計算した振動の周波数成分の時間推移による減少率に応じて、水槽２および回転ドラム３内の泡立ち状態を判定し、泡立ち状態に対応して、回転速度制御手段１０によりモータ４の回転速度の制御を、回転時間制御手段１１によりモータ４の回転時間の短縮、停止時間の延長を行うように構成する。

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

図２（ａ）、（ｂ）の泡立ちによる加速度センサ出力の時間変化を示す図において、回転ドラム３の回転による洗濯工程で、振動検知手段６により得た水槽２の振動の信号の時間経過による変化をしめす。

図２（ａ）は、洗剤を多めにいれ、泡立ちが時間経過とともに大きくなった場合であり、水槽２の振動を検知する振動検知手段６から得た信号は時間経過とともに小さくなる。

一方、図２（ｂ）は、洗剤を少なめにいれ、泡立ちが時間経過によって変化しない場合であり、水槽２の振動を検知する振動検知手段６から得た信号は時間経過によって変化しないことがわかる。

これは、図２（ａ）の状況は、洗濯工程開始後の水槽内に発生した泡が、緩衝作用を生じ、水槽の振動を吸収するので徐々に振動が小さく変化している為であり、図２（ｂ）の状況は、泡立ちが少ない為、泡の緩衝作用が無いために、水槽の振動変化が少ない為である。

上記特性を活用して、異常な泡の発生が生じる前に、水槽内の泡の発生を推定するもので、図２（ａ）の洗濯当初からの加速度センサ出力幅が、当初の３０秒間の平均値約１２０（ｍＧ・ｓ^２）が、１分、２分、３分経過後の各３０秒間での平均値がそれぞれどのように変化してかを算出し泡立ちの推定を行う。

上記図２（ａ）の泡立ち大の場合に比較して、図２（ｂ）の洗剤少なく泡立ち小の場合には、洗濯当初からの加速度センサの出力幅は１２０（ｍＧ・ｓ^２）が、２分後、３分後にもほとんど変化していない事が明らかである。

図３は、上記図２（ａ）、（ｂ）の加速度センサ出力幅の変化に対し、回転ドラム３の制御をどのようにしているかを示している。

図３において、洗濯開始時の加速度センサ出力幅は１２０ｍＧ・ｓ^２であり、その時点の回転ドラム３の回転制御は、１０秒ＯＮ（運転）、３秒ＯＦＦ（停止）で、回転数は４５ｒｐｍである。

運転開始以降、継続的に水槽２の振動から加速度センサ出力を検知し、その出力幅の値が９０ｍＧ・ｓ^２に低下すれば、泡の発生が中程度として、回転ドラム３の回転数を４５ｒｐｍから４３ｒｐｍに低下させて、泡の発生をやや抑制するように制御する。

加速度センサ出力幅が、６０ｍＧ・ｓ^２に変化すると泡の発生が大として、回転ドラム３の駆動時間を８秒ＯＮ（運転）、５秒ＯＦＦ（停止）及び回転数を４５ｒｐｍから４３ｒｐｍに低下させて、泡の発生を積極的に抑制するように制御する。

加速度センサ出力幅が、４０ｍＧ・ｓ^２以下になる変化をした場合は、泡の発生は異常
状態にあるとして、回転ドラム３は停止させ、給水手段１３を動作させて水槽２内に洗剤希釈用の冷却水を給水すると共に、水槽２の排水手段１５を開放して濃い洗剤液を機外に排出する制御を行う。

（実施の形態２）
以下、上記加速度センサ出力の変化をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理し、スペクトル値の時間経過による状態からの回転ドラムの制御について述べる。

図４は、泡立ちが大きい場合の、加速度センサ出力をＦＦＴ（高速フーリエ変換）した時のスペクトル値を示す図であり、図５は、泡立ち小さい場合の、加速度センサ出力をＦＦＴ（高速フーリエ変換）した時のスペクトル値を示す図である。また、図６は、スペクトル値の変化に対する回転ドラムの制御を示す図である。

図４及び図５は、洗濯運転開始後の経過時間（ｍｉｎ）をＺ軸とし、スペクトル値（ｍＧ・ｓ^２）をＹ軸とし、周波数（Ｈｚ）をＸ軸とした、三次元の立体図を（ｃ）斜面図として表し、スペクトル値（ｍＧ・ｓ^２）のＹ軸と経過時間（ｍｉｎ）のＺ軸との二次元図を（ａ）側面図、経過時間（ｍｉｎ）のＺ軸と周波数（Ｈｚ）のＸ軸との二次元図を（ｂ）上面図として表す。

なお、周波数軸（Ｘ軸）に表した各周波数帯は、回転ドラム３の回転数（周波数）に撹拌突起１２の個数の倍数を乗じた数値としているが、これは衣類の持ち上げと落下が、撹拌突起１２によってなされるからであり、図２の加速度センサ出力変化よりもその変化が明確に表れるので、分析並びに解析が容易にできるからである。

図４（ｃ）斜面図で示した各周波数帯のスペクトル値を、（ａ）側面図では、経過時間に対し重ね合わせて視認できるようにしており、図において、スペクトル値は、経過時間とともに泡立ちの増加に応じて急激な変化（減少）を生じていることが明確にわかり、洗浄開始直後からのこの変化に応じて泡の発生の対応する制御を行う。

即ち、洗浄開始時のスペクトル値Ａに対し、変化したスペクトル値Ｂの比率Ｂ／Ａを検知し、その比率に対して、回転ドラムの運転制御を行う。

これに較べて、図５の泡立ち小さい場合の、各周波数帯のスペクトル値は、全ての周波数帯において、当初から経過時間とともに変化する程度は少なく、泡立ちが極めて少ないことを示している。

図６は、上記図４（ａ）図５（ａ）のＹ軸のスペクトル値に対し、水槽２及び回転ドラム３の制御をどのようにしているかを示している。

図６において、洗濯開始時のスペクトル値を１００とし、その時点の回転ドラム３の回転制御は、１０秒ＯＮ（運転）、３秒ＯＦＦ（停止）で、回転数は４５ｒｐｍである。

運転開始以降、継続的に水槽２の振動からスペクトル値を検知し、その変化が例えば、１００〜９１％の範囲であれば、泡の発生は小として、図５の洗剤少なく泡立ち小の場合であり、回転ドラムの駆動時間、並びに回転数は運転開始当初と変更しない制御をする。

スペクトル値が、９０〜６１％に変化すると泡の発生が中程度として、回転ドラム３の回転数を４５ｒｐｍから４３ｒｐｍに低下させて、泡の発生をやや抑制するように制御する。

スペクトル値が、６０〜３１％に変化すると泡の発生が大として、回転ドラム３の駆動時間を８秒ＯＮ（運転）、５秒ＯＦＦ（停止）及び回転数を４５ｒｐｍから４３ｒｐｍに低下させて、泡の発生を積極的に抑制するように制御する。

スペクトル値が、３０％以下になる変化をした場合は、泡の発生は異常状態にあるとして、回転ドラム３は停止させ、給水手段１３を動作させて水槽２内に洗剤希釈用の冷却水を給水すると共に、水槽２の排水手段１５を開放して濃い洗剤液を機外に排出する制御を行う。

以上のように本実施の形態においては、筐体１から弾性支持機構８ａにより揺動自在に支持された水槽２の振動を振動検出手段６で検出し、振動検出手段６で検出した加速度センサ出力幅の変化、及びセンサ出力の変化をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して得たスペクトル値の時間経過による変化により、回転ドラム３内の洗剤の泡立ちを判定したので、水槽２内の泡立ち状態を正しく無段階的に判定し、異常発生にいたる前の段階で泡の発生を抑え洗濯性能の低下を防止する最適な洗浄・すすぎを提供するものである。

また、特別な泡検知のセンサ等を必要とせず、脱水運転時などに水槽２の異常振動などの挙動を調べる振動検知手段６で泡の検知を行うので、安価に実現できる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機、ドラム回転速度制御方法は、水槽振動の周波数成分からドラムの回転速度と回転時間、給水・排水を制御することができ、それにより水槽内の泡立ち状態を制御し、泡の発生による洗濯性能の低下を防止することができるので、家庭用の洗濯機だけでなく、洗濯乾燥機や業務用の洗濯機などに広く適用できる。

本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯機の構成図 （ａ）同ドラム式洗濯機における洗剤多く泡立ち大きい場合の泡立ちによる加速度センサ出力の時間変化を示す図（ｂ）同ドラム式洗濯機における洗剤少なく泡立ち小さい場合の泡立ちによる加速度センサ出力の時間変化を示す図 同ドラム式洗濯機の、加速度センサ出力の変化に対する回転ドラムの制御を示す図 （ａ）同ドラム式洗濯機の、洗剤多く泡立ち大きい場合の加速度センサ出力をＦＦＴした時のスペクトル値を示す側面図（ｂ）同上面図（ｃ）同斜面図 （ａ）同ドラム式洗濯機の、洗剤少なく泡立ち小さい場合の加速度センサ出力をＦＦＴした時のスペクトル値を示す側面図（ｂ）同上面図（ｃ）同斜面図 同ドラム式洗濯機の、スペクトル値の変化に対する回転ドラムの制御を示す図 従来のドラム式洗濯機の構成を示す図

１ 筐体
２ 水槽
３ 回転ドラム
４ モータ（駆動手段）
５ 扉
６ 振動検出手段（加速度センサ）
７ 制御手段
８ａ ばね（弾性支持機構）
８ｂ ダンパー（弾性支持機構）
９ 周波数成分計算手段
１０ 回転速度制御手段
１１ 回転時間制御手段
１２ 撹拌突起
１３ 給水手段
１４ 洗剤ケース
１５ 排水手段

Claims (6)

1. 洗濯物を投入する回転ドラムと、前記回転ドラムを収容し、かつ筐体から弾性支持機構により揺動自在に支持された水槽と、前記回転ドラムを回転させるモータと、投入された洗濯物を引っ掛け持ち上げる撹拌突起と、洗濯物を洗浄するための洗剤を投入する洗剤ケースと、前記水槽内に給水し洗剤を流し込む給水手段と、前記水槽内の洗濯水を排水する排水手段と、前記水槽の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段で検出した振動に対して周波数成分を計算する周波数成分計算手段と、洗浄、すすぎ、脱水、乾燥などの一連の工程を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、洗浄もしくはすすぎ動作中に前記振動検出手段により前記水槽の振動を検出し、前記振動検出手段で検出した振動を前記周波数成分計算手段により得た結果により、前記回転ドラム内の洗剤の泡立ちを判定することを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 振動検出手段は、少なくともひとつ以上の加速度センサから構成され、水槽の上下、左右、前後等の方向の少なくともひとつ以上の振動を加速度として検出し、前記方向毎の加速度、もしくは前記方向毎の加速度の和を出力する請求項１に記載のドラム式洗濯機。
3. 制御手段は、振動検出手段により得られた振動の大きさ、または、振動の変化の大きさにより、回転ドラム内の洗剤による泡立ち状態を判定するようにした請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
4. 制御手段は、周波数成分計算手段により、回転ドラムの回転周波数に撹拌突起の個数分を乗じたものに対応する各周波数帯の、振動のスペクトル値の大きさ、または、スペクトル値の変化の比率の大きさにより、前記回転ドラム内の洗剤による泡立ち状態を判定するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
5. 回転ドラムの回転速度を制御する回転速度制御手段と、前記回転ドラムの回転時間を制御する回転時間制御手段とを備え、制御手段が判定した泡立ち状態に応じて、前記回転ドラムの回転時間を短く、あるいは停止時間を長く、あるいは回転速度を遅くするようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
6. 制御手段は、回転ドラム内での洗剤による泡立ち状態を判定し、判定した泡立ち状態に応
   じて給水手段により水槽内に洗濯水を所定量または所定時間給水するとともに、排水手段により、前記水槽内から洗濯水を所定量または所定時間排水するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。