JP4858557B2 - 洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、弾性支持された受け筒内に回転可能なドラムを備え、そのドラム内で洗濯物の洗い、すすぎ及び脱水または乾燥を行うドラム式の洗濯機もしくは洗濯乾燥機に関するものである。

従来、脱水時のアンバランス検出制御や洗い時の洗濯物移動量検出制御など洗濯運転時におけるドラムの挙動や、ドラム内での洗濯物の挙動を計測・推定し、洗濯状況を適切に改善するためにドラムの回転速度を変化させる事が実施されている。例えば、特許文献１では、ドラムの受け筒に半導体加速度センサを取り付け、図６に示すように、加速度センサ出力の変化量と、モーターのトルク電流成分の変化量から、洗濯物の挙動を推定して、ドラムを回転させるモーターの回転数を変化させる制御手段が提案されている。
特開２００６−３４６２７０号公報

しかしながら、このような従来の洗濯機の構成では、洗濯物の挙動を把握し、洗浄特性に優れた洗濯を実施するためにドラムの回転数を適切に制御することが困難であるといった課題が存在した。

すなわち、１）受け筒に加わる振動は、様々なものがあり、単純な加速度出力値の変化量では、衣類の挙動を正確に把握することが困難である。例えば、モーター自体に起因する振動や筺体の振動が受け筒に加わる場合も想定される。さらには、衣類の量、重さ、質によっても受け筒の振動は異なり、単純な出力値の大きさ変化では洗濯物の挙動を精度良く把握することは困難である。

また、２）モーターのトルク成分を示す電流値で洗濯物の挙動を把握することでも同様であり、例えば洗濯時に水量が多く、衣類が化繊など軽量の場合にはドラム内に設けられたバッフルによる衣類の掻き上げ移動量とモータートルクとの間には相関が観られない場合も存在している。

本発明は上記課題を解決するもので、回転可能なドラムを内包した受け筒の振動を検出する振動検出部と、振動検出部で検出された振動に対し周波数成分を計算する周波数成分計算部を具備し、所定の周波数領域における振動スペクトルの値の和が大きくなるようにモーターの回転数を制御することで、ドラム内での洗濯物の動きを、叩き洗いを主とするものとすることができ、それにより洗浄性能の優れた洗濯機とすることを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、受け筒に取り付けられたセンサ（振動検出部）で検出したドラムの回転と共に移動する、洗濯物の動きに由来する受け筒の振動に対して、周波数成分（周波数及びそこでの振動スペクトル）を計算する周波数成分計算部を具備し、ドラム回転数を変化させた際に、所定の周波数領域における振動スペクトルの値の和が大きくなるようなドラムの回転数を次の回転数として選定し、常に前記振動スペクトルの和が大きくなるように変化させていくこととした。これにより、前記振動スペクトルの和を大きくしている要因である叩き洗いが促進され、ドラム内の洗濯物は叩き洗いが主となる回転運動を行うこととなり、洗浄性能を向上させるものである。

具体的には、設定されたドラムの回転速度以上の回転速度に対応する周波数における振動スペクトルの和もしくはドラムの回転速度の２倍から４倍の回転速度に対応する周波数における振動スペクトルの和を算出した後、ドラム回転数を変化させ、変化後のドラム回転数における受け筒の振動から算出した周波数成分の和を算出し、両者を比較してその大きい方のドラム回転数で以後、運転を続けていく洗濯機としている。

本発明によれば、ドラム回転数を変化させた際に、変化前後における特定の周波数領域における振動スペクトルの和を比較し、その和が大きくなるようにドラムの回転数を設定し、常に前記振動スペクトルの和が大きくなるように変化させていくことで、前記特定領域の振動スペクトルを大きくする要因である、ドラム内の洗濯物をバッフルによって持ち上げた後にドラム上方より落下させる叩き洗いが主となり、下方のみでの転がりやドラム壁面での張り付き状態を減少させ、洗浄性能に優れた洗濯機を提供することが可能となる。

第１の発明は、洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを収容しかつ筐体の上面に支持された弾性吊り下げ手段及び下方から防振ダンパーにより支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモーターと、前記受け筒に密着して取り付けられ前記受け筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部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部と、前記周波数成分計算部からの計算値により前記モーターの回転速度を変化させる回転速度制御部とを備え、所定のドラムの回転による振動から前記周波数成分計算部によって得られた所定のドラム回転速度に対応する周波数より大きな周波数の振動スペクトルの和を計算した後、ドラムの回転速度を所定速度より遅い回転速度又は速い回転速度に変化させて前記周波数成分計算部によって得られた、変化させた後のドラム回転速度に対応する周波数より大きな周波数での振動スペクトルの和を求め、その和が大きくなるようなドラム回転速度に前記モーターの回転速度を制御する洗濯機である。

ここで和が大きくなるということは、ドラムの振動において特定領域の周波数成分の比率が大きくなることでもあり、また個々の周波数成分の振動スペクトル値が大きくなることでもある。ここで振動スペクトル値とは、その周波数成分が一定時間内に出現する頻度を表している。常に所定の範囲内の周波数における振動スペクトルが大きくなるようなドラムの回転速度に変更していくことにより、バッフルによって洗濯物が持ち上げられ、ドラム上部から落下する衝撃によって汚れを洗濯物からたたき出す、叩き洗いを中心とする洗濯状態が実現され、洗浄性能に優れた洗濯機を提供することができる。

また第２の発明は、第１の発明において、周波数成分計算部からの計算値を、前記周波数成分計算部から得られたドラムの回転速度の２倍から４倍までの回転速度に対応する周波数の振動スペクトルの和とし、その和が大きくなるように前記モーターの回転速度を制御する洗濯機である。これにより、バッフルによって洗濯物が持ち上げられ、ドラム上部から落下する衝撃によって汚れを洗濯物からたたき出す、叩き洗いを中心とする洗濯状態が実現され、洗浄性能に優れた洗濯機を提供することができる。

また第３の発明は、第１または第２の発明において、周波数成分の和の計算に、複数のドラム回転数に由来する周波数とそれに対応した振動スペクトル値の組み合わせからなる離散データを用いる洗濯機である。これにより、周波数成分計算部における計算時間を短縮でき、洗濯時の洗濯物の動きに対する短時間での応答が可能となることで、細かなドラム回転速度の制御による洗浄性能の向上を図ることができる。

また第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか１つの発明において、ドラムの回転速度を変化させ、所定の周波数以降の振動スペクトルの和を比較しながらドラムの回転速度を制御していくことを、洗濯工程の間に少なくとも複数回実施するようにした洗濯機である。これにより、洗濯している間に洗濯物の絡み状態が変化した場合などにおいても、洗濯物の状態をドラムの振動といった間接的な値より推察でき、その状態に適切な叩き洗いができるドラムの回転速度に適宜変更することが可能となり、洗浄性能の向上を図ることができる。

また第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれか１つの発明において、受け筒の振動を検出する振動検出部が、受け筒の上部前方に密着して取り付けられていることを特徴とする洗濯機である。受け筒の振動を検出する振動検出部が取り付けられる位置は、ドラム内での洗濯物の動きによって引き起こされる受け筒の揺れからの信号を、ＳＮ比が大きくかつ信号値の絶対値としても大きく得られる場所であれば特に限定されるものではないが、ドラムを回転させるモーター部より離れ、叩き洗いからの振動が大きな受け筒の変動となって現れる、受け筒の上部前方に密着して取り付けられていることが好ましい。

また第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれか１つの発明において、受け筒の振動を検出するタイミングが、回転速度を決定して回転開始後、所定時間経過した後から始めることを特徴とする洗濯機である。これにより、回転速度が決定した後、モーター回転数が安定するまでの数秒間の振動データを用いることなく、回転数制御における誤った判断を防ぐことが可能となる。ここで、特に限定されるものではないが、所定時間としては３秒以上が好ましい。

また第７の発明は、第１〜第６の発明のいずれか１つの発明において、受け筒の振動を検出するタイミングが、検出開始後、ドラムの回転が正逆反転もしくは一定方向の回転で１０回転以内であることを特徴とする洗濯機である。これにより、周波数成分計算部における周波数成分の計算が迅速になり、洗濯物の動きに合わせた短時間での最適ドラム回転数制御が可能となり、また一定の洗濯時間内での回転数制御を実施する回数が増えることにより、洗浄性能に優れる細やかな最適運転をすることが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態１における洗濯機の側面概略図である。図中、１は筐体、２はドラム、３は受け筒、４は弾性吊り下げ手段、５は防振ダンパー、６はバッフル、７は振動検出部、８は周波数成分計算部、９は回転速度制御部、１０は洗濯物、１１は衣類投入・取出し口、１２はモーター、１３はベルトである。以下に本実施の形態における動作を説明する。

図１に示されるように回転自在のドラム２を内包する受け筒３が弾性吊り下げ手段４と防振ダンパー５によって筐体１に支持されている。受け筒３底部にはモーター１２が固定されておりベルト１３を介してドラム２を所定の回転数で回転させる。洗濯機の正面に設けられた衣類投入・取り出し１１よりドラム２内に投入された洗濯物１０はドラム２の回転とともにドラム内に設けられたバッフル６にてすくい持ち上げられ、上部より底部に向かって落下する。この底部に叩きつけられる際の運動エネルギーによって洗浄効果が高められている。洗濯物１０の動きによって発生する受け筒３の振動を振動検出部７によって検出し、検出結果を周波数成分計算部８に伝達し、さらに計算された値が回転速度制御部
９へ伝達され、適切な叩き洗いが実現する回転速度へと変更されることとなる。

また、振動検出部７は加速度センサから構成されており、加速度センサとしては半導体加速度センサ、圧電型加速度センサなどのいずれであっても構わない。

次にドラム回転速度の制御の仕方を、図２を用いて説明する。図２は４．５ｋｇの洗濯物をドラム内に入れ、ドラムの回転速度を４５ｒｐｍとした時の周波数成分計算部によって計算された各周波数に対する振動スペクトルの値を示したものである。ここで、ドラムと同じ回転速度で洗濯物が回転する場合には周波数は４５／６０＝０．７５Ｈｚと算出される（図中（ア）のライン）。このドラム回転速度に相当する周波数より大きな周波数における振動スペクトルの和（図中（ア）のラインより右方向）を算出し、ドラム回転速度の変化前後における和の大小を比較し、大きくなる回転速度へと新しく設定する。

図３は洗濯物１．５ｋｇをドラム内に入れ、ドラム回転速度を３７ｒｐｍ、４５ｒｐｍ、５３ｒｐｍと変化させた際の周波数と振動スペクトルの関係を示したものである。

ここで、振動スペクトルの和を算出する際には、離散データとしてドラム回転速度の周波数以上から周波数４．０Ｈｚ以下の範囲で一定間隔を有する１３ヶ所の振動スペクトル値を用いた。ここで、振動検出部においてドラムの振動を検知するタイミングは所定のドラム回転速度が決定してから約５秒後より開始し、ドラムが同一方向に４回転するまでの受け筒の振動を計算に用いた。

振動スペクトルの和はそれぞれ３７ｒｐｍでは０．０９７、４５ｒｐｍでは０．０８７、５３ｒｐｍでは０．０７３となった。また、算出する際に用いるデータの個数は特に限定されるものではないが、用いるデータ間の周波数間隔は等しいことが好ましい。

ここで、洗濯物１．５ｋｇにおいて上記３条件でドラム回転速度を固定し、洗浄性能をＪＩＳの標準汚染布を用いて反射率測定法にて評価したところ、３７ｒｐｍでは０．６２３、４５ｒｐｍでは０．６０５、５３ｒｐｍでは０．５８５となり、ドラム回転速度が３７ｒｐｍの時が本条件下において最も良かった。本発明のドラム回転速度の制御においては初期設定ドラム回転数が例えば４５ｒｐｍであったとすると、一定時間経過後にドラムの振動スペクトルの和を求め、さらにドラム回転速度を５３ｒｐｍに変更した場合には振動スペクトルの和が小さくなることで５３ｒｐｍへと回転速度が変わることは起きず、３７ｒｐｍに変更した場合には振動スペクトルの和が大きくなる事でドラムの回転速度が４５ｒｐｍから３７ｒｐｍへと変更されることになる。ドラム回転数が変更され、３７ｒｐｍにて洗濯が継続されることで、最も高い洗浄性能結果とすることができた。

（実施の形態２）
本実施の形態においては振動スペクトルの和を算出する際に用いる周波数領域をドラムの回転速度の２倍から４倍の回転速度に対応する範囲としてドラムの回転数の制御を行う。上記ドラム回転速度の２倍から４倍の回転速度に関しては図４を用いて説明を行う。図４の円はドラムを表し、底面を０°、上部を１８０°とあらわしている。９０°及び２７０°についてはドラムの回転が反転するために、左右反転しても問題はない。

今、洗浄性能を向上させるためには衣類をバッフルにて持ち上げ、上部から落下させる叩き洗い（軌跡ｂ）が最適であり、ドラムに張り付いて動く場合（軌跡ｃ）や、ドラムの底部にてゴロゴロと回転している場合（軌跡ａ）は不適である。そのため、図中９０°から１８０°までの間で落下して下部のドラム面に衝突することが最適となる。今、ドラム回転数を４５ｒｐｍとすると、４５×２／６０＝１．５Ｈｚから４５×４／６０＝３．０Ｈｚに現れる振幅スペクトルが本実施の形態において回転数の制御に必要な計算値となる
。

各ドラム回転速度の上記周波数範囲において、図５に示すとおり、一定間隔を有する１５ヶ所の離散データを用い、洗濯物５．５ｋｇにおける洗浄試験を実施した。ドラムの回転速度は実施の形態１と同様に３７ｒｐｍ、４５ｒｐｍ及び５３ｒｐｍとした。振動スペクトルの和はそれぞれ３７ｒｐｍで０．０７７、４５ｒｐｍで０．０９７、５３ｒｐｍで０．１２５であった。また、洗浄性能をＪＩＳの標準汚染布を用いて反射率測定法にて評価したところ、３７ｒｐｍでは０．３９０、４５ｒｐｍでは０．３３５、５３ｒｐｍでは０．４１２となり、ドラム回転速度が５３ｒｐｍの時が本条件下において最も良かった。本発明のドラム回転速度の制御においては初期設定ドラム回転数が例えば４５ｒｐｍであったとすると、一定時間経過後にドラムの振動スペクトルの和を求め、さらにドラム回転速度を５３ｒｐｍに変更した場合には振動スペクトルの和が大きくなることで５３ｒｐｍへと回転速度が変わり、３７ｒｐｍに変更した場合には振動スペクトルの和が小さくなる事でドラムの回転速度は変更されないことになる。ドラム回転数が変更され、５３ｒｐｍにて洗濯が継続されることで、最も高い洗浄性能結果とすることができた。

以上に述べた通り、本発明の洗濯機は、洗濯物のドラム内での動きに由来する振動を検知し、検知した値を所定の周波数成分として計算を行い、特定の周波数領域における振動スペクトルの値の和を求め、その値が常に大きくなるようにドラムの回転速度を制御することでドラム内での洗濯物に対して叩き洗いを主とする最適な洗濯を実施し、洗浄性能を向上させることができる。これは、家庭用の洗濯機だけではなく、洗濯乾燥機や業務用の洗濯機などに広く適用可能である。

本発明の実施の形態１の洗濯機の側面概略図 周波数成分計算後の周波数と振動スペクトルの関係図 （ａ）実施の形態１における回転数３７ｒｐｍにおける周波数と振動スペクトル関係図（ｂ）同回転数４５ｒｐｍにおける周波数と振動スペクトル関係図（ｃ）同回転数５３ｒｐｍにおける周波数と振動スペクトル関係図 最適な洗濯状態の説明図 （ａ）実施の形態２における回転数３７ｒｐｍにおける周波数と振動スペクトル関係図（ｂ）同回転数４５ｒｐｍにおける周波数と振動スペクトル関係図（ｃ）同回転数５３ｒｐｍにおける周波数と振動スペクトル関係図 従来の洗濯機におけるモーター回転数の制御方法を示す図

１ 筐体
２ ドラム
３ 受け筒
４ 弾性吊り下げ手段
５ 防振ダンパー
６ バッフル
７ 振動検出部
８ 周波数成分計算部
９ 回転速度制御部
１０ 洗濯物
１１ 衣類投入・取り出し口
１２ モーター
１３ ベルト

Claims (7)

1. 洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラムを収容しかつ筐体の上面に支持された弾性吊り下げ手段及び下方から防振ダンパーにより支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモーターと、前記受け筒に密着して取り付けられ前記受け筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部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部と、前記周波数成分計算部からの計算値により前記モーターの回転速度を変化させる回転速度制御部とを備え、所定のドラムの回転による振動から前記周波数成分計算部によって得られた所定のドラム回転速度に対応する周波数より大きな周波数の振動スペクトルの和を計算した後、ドラムの回転速度を所定速度より遅い回転速度又は速い回転速度に変化させて前記周波数成分計算部によって得られた、変化させた後のドラム回転速度に対応する周波数より大きな周波数での振動スペクトルの和を求め、その和が大きくなるようなドラム回転速度に前記モーターの回転速度を制御する洗濯機。
2. 周波数成分計算部からの計算値を、前記周波数成分計算部から得られたドラムの回転速度の２倍から４倍までの回転速度に対応する周波数の振動スペクトルの和とし、その和が大きくなるように前記モーターの回転速度を制御する請求項１記載の洗濯機。
3. 周波数成分の和の計算に、複数のドラム回転数に由来する周波数とそれに対応した振動スペクトル値の組み合わせからなる離散データを用いる請求項１または２に記載の洗濯機。
4. ドラムの回転速度を変化させ、所定の周波数以降の振動スペクトルの和を比較しながらドラムの回転速度を制御していくことを、洗濯工程の間に少なくとも複数回実施するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
5. 受け筒の振動を検出する振動検出部が、受け筒の上部前方に密着して取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
6. 受け筒の振動を検出するタイミングが、回転速度を決定して回転開始後、所定時間経過した後から始めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
7. 受け筒の振動を検出するタイミングが、検出開始後、ドラムの回転が正逆反転もしくは一定方向の回転で１０回転以内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の洗濯機。