(57)【要約】【課題】  小型であっても的確に振動できる。【解決手段】  振動回路１２は、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０と、振動子２０およびコイル３４からなる装置と、検出回路２２と、マイコン２４とを含む。第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０は、電圧が周期的に変動する電力を生成する。振動子２０およびコイル３４からなる装置は、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成した電力の供給を受けて振動する。検出回路２２は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅を検出する。コンピュータは、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が周期的に変動する電力を生成するための生成手段と、
前記生成手段が生成した電力の供給を受けて振動するための振動手段と、
前記振動手段の振動の振幅を検出するための検出手段と、
前記振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御するコンピュータとを含む、振動装置。
【請求項２】
前記コンピュータは、前記振動手段の振動の周波数に対応するＰＷＭ信号を生成することにより、前記振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置を含み、
前記生成手段は、前記ＰＷＭ信号に対応して電圧が変動する電力を生成するための手段を含む、請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置は、
前記振動手段の振動の周波数に対応する値を記憶するレジスタと、
前記レジスタが記憶した値に対応するように、ＰＷＭ信号を生成する装置とを含む、請求項２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記振動手段に流れる電流を検出することにより、前記振動手段の振動の振幅を検出するための手段を含む、請求項１に記載の振動装置。
【請求項５】
前記コンピュータは、前記振動手段の振動の周波数が、反共振周波数よりも値が大きな第１の周波数から、複数回の変化を経て、前記反共振周波数よりも値が小さくかつ共振周波数よりも値が大きな第２の周波数へ変化するように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を変化させた後、前記振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、前記電圧の周波数を制御する装置を含む、請求項１に記載の振動装置。
【請求項６】
前記第１の周波数は、前記振動手段の反共振周波数のバラツキの範囲内の周波数である、請求項５に記載の振動装置。
【請求項７】
前記第１の周波数は、前記振動手段の反共振周波数のバラツキの上限の周波数である、請求項５に記載の振動装置。
【請求項８】
前記コンピュータは、前記振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となった後、前記生成手段が電力の生成を停止する前に、前記振動手段の振動の周波数が、前記振動の振幅が所定の範囲内の振幅となる周波数よりも前記反共振周波数に近い周波数となるように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置を含む、請求項１に記載の振動装置。
【請求項９】
前記振動装置は、前記振幅の指定を受付けるための受付手段をさらに含み、
前記コンピュータは、前記振動手段の振動の振幅が、前記受付手段が受付けた振幅の指定に対応する範囲内の振幅となるように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置を含む、請求項１に記載の振動装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の振動装置を含む、洗濯機。
【請求項１１】
電圧が周期的に変動する電力を生成するための生成手段と、
前記生成手段が生成した電力の供給を受けて振動するための振動手段と、
前記振動手段の振動の振幅を検出するための第１の検出手段と、
前記振動手段に作用する負荷の大きさを検出するための第２の検出手段と、
前記第２の検出手段が検出した負荷の大きさが所定の大きさ以上の場合、前記振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となり、前記第２の検出手段が検出した負荷の大きさが前記所定の大きさ未満の場合、所定の周波数となるように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御するコンピュータとを含む、振動装置。
【請求項１２】
電圧が周期的に変動する電力を生成するための生成手段と、
前記生成手段が生成した電力の供給を受けて振動するための振動手段と、
前記振動手段の振動の振幅を検出するための検出手段と、
前記振動手段に振動させるか否かを判断するための判断手段と、
前記判断手段が判断した結果に応じて、前記振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、前記生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御するコンピュータとを含む、振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動装置および洗濯機に関し、特に、超音波振動を用いる振動装置および洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、衣類の汚れた部分に押し当てて汚れを落とす部分洗浄装置を構成し振動を発生する圧電素子と、制御回路の出力信号の振幅を増幅し圧電素子に電気信号を与える増幅回路と、増幅回路に電力を供給する電源回路と、圧電素子の動作状態を検知する検知回路とを備え、検知回路の出力により圧電素子と増幅回路とが同調するように制御回路の出力信号の周波数を制御するようにした洗濯機の制御装置を開示する。この発明によると、衣類を押し当てない状態において振動の振幅を適切に制御できる。
【０００３】
特許文献２は、信号に応じて振動する振動素子と、振動を検出する検出回路と、検出回路によって検出された振動の振幅が一定になるように振動素子に与える信号を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする、洗浄装置を開示する。この発明によると、振動子の振動を常に一定で最適に維持できる。
【０００４】
特許文献３は、移相回路と、位相比較器および電圧制御発振器を含むフェーズロックループ回路と、電源電圧制御回路と、Ｄ級シングルエンドプッシュプル回路またはＤ級プッシュプル回路を用いた出力回路と、出力回路の負荷としての超音波振動子とを備えた超音波洗浄機であって、出力回路と振動子との間に配置され、出力回路からの出力電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路からの検出電流に基づく信号を受け、信号に応じて出力回路の電源電圧を、出力回路の電流電圧が一定となるように制御する電源電圧制御回路と、電流検出記録と振動子との間に配置され、振動子の振動速度に比例した信号を検出する振動検出回路と、振動検出回路より出力される電圧信号を受けて電圧信号の位相を変える移相回路と、移相回路の出力とフェーズロックループ回路の出力との位相差を９０°に保つよう発振周波数を制御するフェーズロックループ回路を含む周波数自動追尾回路とを備えたことを特徴とする超音波洗浄機を開示する。この発明によると、振動子を最適な共振周波数で駆動させることができる。
【０００５】
特許文献４は、超音波発生素子と超音波振動を増幅させる振動ホーンを備え、洗浄液の供給されたホーン先端部に被洗浄物を至近距離に接近または接触させて洗浄する洗浄装置において、振動ホーンを取り囲むよう形成したガード部のホーン先端部付近に被洗浄部分を挿入して洗浄するスリットを設けたことを特徴とする布類の洗浄装置を開示する。この発明によると、専門知識がなくとも健康を害することなく効果的に衣類等の部分洗浄が行える。
【特許文献１】特開平１１−１０４３８８号公報
【特許文献２】特開２００３−５３０８６号公報
【特許文献３】特開昭６３−１２３４７６号公報
【特許文献４】特開２０００−２４３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述の特許文献１に開示された発明では、振動子の振動の周波数が、最適に制御されていないことがある（その結果、回路を構成する素子の劣化や故障を起こす（特に振動子を停止させる時に故障が多くなり得る）。素子が劣化したり破損したりすると、洗浄できなくなったり、修理の手間がかかったり、部品を無駄に消費したり、環境に悪影響を与えたりする。）という問題点がある。最適に制御されていない場合の例として、負荷が小さい場合や負荷がゼロの場合がある。最適に制御されていないことがある理由は、圧電素子と増幅回路とが同調するように、信号の周波数を制御している点にある。
【０００７】
特許文献２に開示された発明では、振動を検出するための装置などが若干大型化するという問題点がある。
【０００８】
特許文献３に開示された発明では、次の２点の問題点がある。第１の問題点は、ユーザに対して製品を安価に提供できなくなるという問題点である。その理由は、負荷が小さい場合や負荷がない場合にも電源の電圧を制御する必要がある（その結果、回路にかかるコストが高くなる）点にある。電源の電圧を制御する必要がある理由は、電圧が制御されなければ、負荷が小さい場合や負荷がない場合にも振動子を共振点で振動させてしまう（その結果、負荷がない場合にも高過ぎる電力で振動子を駆動させることにより、素子の劣化を進め、かつ無駄に電力を消費する）という点にある。第２の問題点は、振動子の駆動を開始した時や駆動中に大きく周波数の変動が起きた後などに、適切に駆動できない場合があるという問題点である。その理由は、適切に駆動できる共振点以外の周波数（位相が共振点に等しい反共振点と、副振動が生じる周波数や高次の振動が生じる別の共振点とが主な例である）で振動子を振動させる可能性があるという点にある。
【０００９】
特許文献４に開示された発明では、振動子の振動の周波数を最適に制御することについて、発明が解決しようとする課題が異なるため、特に検討されていない（振動子の振動の周波数が十分制御されていなければ、次の問題点が生じ得る。第１の問題点は、被洗浄物の頑固な汚れが十分に落ちないことがあるという問題点である。その理由は、振動子の振動が小さい（ひいては洗浄力が弱い）という点にある。第２の問題点は、無駄に電力を消費するという問題点である。無駄に電力を消費する場合の例として、汚れが小さいにも関わらず振動子を大きく振動させる場合や、無負荷時に振動子を振動させる場合などがある。第３の問題点は、振動子が発生させる熱などにより、熱に弱い被洗浄物などに悪影響を与え得るという問題点である。第４の問題点は、振動子が発生させる熱などにより、回路を構成する素子が劣化したり故障したりするという問題点である（温度が上限に達すると出力を停止させる程度の制御だけでは、洗濯機が使用される環境の温度が非常に高い場合などに、ごく短時間でしか使用できないという問題点が生じ得る）。）という問題点がある。
【００１０】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型であっても的確に振動できる、振動装置および洗濯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、振動装置は、生成手段と、振動手段と、検出手段と、コンピュータとを含む。生成手段は、電圧が周期的に変動する電力を生成する。振動手段は、生成手段が生成した電力の供給を受けて振動する。検出手段は、振動手段の振動の振幅を検出する。コンピュータは、振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する。
【００１２】
また、上述のコンピュータは、振動手段の振動の周波数に対応するＰＷＭ信号を生成することにより、振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置を含むことが望ましい。あわせて、生成手段は、ＰＷＭ信号に対応して電圧が変動する電力を生成するための手段を含むことが望ましい。
【００１３】
また、上述の生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置は、振動手段の振動の周波数に対応する値を記憶するレジスタと、レジスタが記憶した値に対応するように、ＰＷＭ信号を生成する装置とを含むことが望ましい。
【００１４】
また、上述の検出手段は、振動手段に流れる電流を検出することにより、振動手段の振動の振幅を検出するための手段を含むことが望ましい。
【００１５】
また、上述のコンピュータは、振動手段の振動の周波数が、反共振周波数よりも値が大きな第１の周波数から、複数回の変化を経て、反共振周波数よりも値が小さくかつ共振周波数よりも値が大きな第２の周波数へ変化するように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を変化させた後、振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、電圧の周波数を制御する装置を含むことが望ましい。
【００１６】
また、上述の第１の周波数は、振動手段の反共振周波数のバラツキの範囲内の周波数であることが望ましい。
【００１７】
また、上述の第１の周波数は、振動手段の反共振周波数のバラツキの上限の周波数であることが望ましい。
【００１８】
また、上述のコンピュータは、振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となった後、生成手段が電力の生成を停止する前に、振動手段の振動の周波数が、振動の振幅が所定の範囲内の振幅となる周波数よりも反共振周波数に近い周波数となるように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置を含むことが望ましい。
【００１９】
また、上述の振動装置は、振幅の指定を受付けるための受付手段をさらに含むことが望ましい。あわせて、コンピュータは、振動手段の振動の振幅が、受付手段が受付けた振幅の指定に対応する範囲内の振幅となるように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置を含むことが望ましい。
【００２０】
本発明の他の局面にしたがうと、洗濯機は、上述した振動装置を含む。
本発明の他の局面にしたがうと、振動装置は、生成手段と、振動手段と、第１の検出手段と、第２の検出手段と、コンピュータとを含む。生成手段は、電圧が周期的に変動する電力を生成する。振動手段は、生成手段が生成した電力の供給を受けて振動する。第１の検出手段は、振動手段の振動の振幅を検出する。第２の検出手段は、振動手段に作用する負荷の大きさを検出する。コンピュータは、第２の検出手段が検出した負荷の大きさが所定の大きさ以上の場合、振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となり、第２の検出手段が検出した負荷の大きさが所定の大きさを下回る場合、所定の周波数となるように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する。
【００２１】
本発明の他の局面にしたがうと、振動装置は、生成手段と、振動手段と、検出手段と、判断手段と、コンピュータとを含む。生成手段は、電圧が周期的に変動する電力を生成する。振動手段は、生成手段が生成した電力の供給を受けて振動する。検出手段は、振動手段の振動の振幅を検出する。判断手段は、振動手段に振動させるか否かを判断する。コンピュータは、判断手段が判断した結果に応じて、振動手段の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、生成手段が生成する電力の電圧の周波数を制御する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る振動装置および洗濯機は、小型であっても的確に振動できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る洗濯機１０の外観図である。本実施の形態に係る洗濯機１０は、後述する振動装置１２を含む。
【００２５】
図２を参照して、本実施の形態に係る振動装置１２は、振動子２０と、検出回路２２と、マイコン（マイクロコンピュータの略）２４と、ドライバ２６と、第１トランジスタ２８と、第２トランジスタ３０と、変圧トランス３２と、コイル３４と、操作部３６と、表示部３８と、警報器４０とを含む。
【００２６】
振動子２０は、電力の供給を受け、パルス信号に応じて超音波振動（周波数が２００００Ｈｚ以上となる振動のこと）する素子である。振動子２０は、コイル３４と協働して、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成した電力の供給を受けて振動する装置となる。被洗浄物の汚れは、振動子２０が発生させる振動により洗浄される。本実施の形態に係る振動子２０は圧電セラミック振動子であることとする。検出回路２２は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅を検出する回路である。振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅を検出する理由は、温度や負荷に応じて駆動用の信号を制御する必要がある点にある。
【００２７】
マイコン２４は、振動装置１２の各部を制御する。この制御により、次に説明する特性の変動に対応することが可能となる。第１の特性の変動とは、経年変化により生じる各種の変動である。第２の特性の変動とは、温度や負荷に応じて生じる振動子のインピーダンスの変動である。マイコン２４は、ＰＷＭ（Pulse-Width Modulation）を生成する装置でもある。
【００２８】
ドライバ２６は、マイコン２４が出力したＰＷＭ信号の振幅を増幅する。増幅された信号は第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０に出力される。
【００２９】
第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０は、ドライバ２６が出力したＰＷＭ信号を増幅することにより、ＰＷＭ信号に対応して電圧が周期的に変動する電力を生成する素子である（本実施の形態の場合ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxside Semiconductor Field Effect Transistor）とする）。変圧トランス３２は、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が増幅したＰＷＭ信号の電圧を変圧する素子である。コイル３４は、振動子２０とコイル３４とからなる回路の共振周波数を振動子２０の共振周波数に比べ小さくする素子である。このことは後述する。操作部３６は、ユーザからの各種の設定（電源のオンや電源のオフ、振動子２０の振動の強さの設定）を受付ける装置である。表示部３８は、ユーザに対し情報を表示する装置である。警報器４０は、振動装置１２に異常が発生したとき警報を発する装置である。
【００３０】
本実施の形態において、振動装置１２の電源電圧、変圧トランス３２の昇圧比、コイル３４のインダクタンスは、次の要件を満たす値に固定されている。その要件とは、所定の帯域（本実施の形態の場合、振動子２０の振動の周波数の範囲のうち、後述する反共振周波数から共振周波数までの範囲をいう）において、振動子２０が良好に動作し、かつその振動により所望の洗浄力が得られることである。どの値に固定するかということは、振動装置１２の設計の際、予め実験を行なって決定する。
【００３１】
検出回路２２は、検出トランス５２と、変換回路５４とを含む。検出トランス５２は、振動子２０に流れる電流値を検出する素子である。変換回路５４は、検出トランス５２が電流として検出した振動子２０に流れる電流値を増幅する。検出トランス５２と変換回路５４とが含まれるので、検出回路２２は、振動子２０およびコイル３４からなる装置に流れる電流を検出することにより、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅を検出する回路となる。
【００３２】
マイコン２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、生成部６２と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ６４と、メモリ６８とを含むコンピュータである。ＣＰＵ６０は、振動装置１２の各部を制御するために必要な演算を実施する装置である。ＣＰＵ６０は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の周波数に対応する値を記憶するレジスタを含む。生成部６２は、レジスタが記憶した値に対応するように、ＰＷＭ信号（すなわちパルス信号）を生成する回路である。生成部６２が含まれるので、マイコン２４は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の周波数に対応するＰＷＭ信号を生成することにより、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御する装置となる。Ａ／Ｄコンバータ６４は、検出回路２２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。メモリ６８は、ＣＰＵ６０が演算を実施するために必要な情報を記憶する回路である。
【００３３】
図３を参照して、本実施の形態に係る振動子２０（圧電セラミック振動子）の周波数特性を説明する。図３のうち、縦軸がインピーダンスを表わすグラフは次の２つの事項を表わす。第１の事項は、圧電セラミック振動子に与える周波数が共振周波数ｆ（１）の場合（本実施の形態の場合、共振周波数の値を４０ｋＨｚとする）、圧電セラミック振動子のインピーダンスが最小となるという事項である。第２の事項は、圧電セラミック振動子に与える周波数が反共振周波数ｆ（２）の場合（本実施の形態の場合、反共振周波数の値を４２ｋＨｚとする）、圧電セラミック振動子のインピーダンスが最大となるという事項である。図３のうち、縦軸が位相を表わすグラフは次の事項を表わす。その事項とは、圧電セラミック振動子における電圧と電流との位相が共振周波数ｆ（１）と反共振周波数ｆ（２）とを境に１８０°変わるという事項である。上述した圧電セラミック振動子の周波数特性と圧電セラミック振動子にコイルを接続した回路との周波数特性は、共振周波数ｆ（１）について大きく異なる。圧電セラミック振動子とコイルとを接続した回路の共振周波数ｆ（１）は、圧電セラミック振動子のみからなる回路の共振周波数ｆ（１）より小さくなる。共振周波数ｆ（１）と反共振周波数ｆ（２）との差は大きいことが望ましい。ＰＷＭ信号による制御が容易になるためである。このため、本実施の形態において、振動子２０と直列にコイル３４が接続されている。
【００３４】
振動子２０として、圧電セラミック振動子を用いる際、次の点に留意する必要がある。第１の点は、同一仕様の圧電セラミック振動子であっても周波数特性（共振周波数ｆ（１）、反共振周波数ｆ（２）、インピーダンスなど）が振動子ごとにばらついている点である。第２の点は、圧電セラミック振動子の周波数特性が経年変化する点である。第３の点は、圧電セラミック振動子の周波数特性が駆動時の温度や負荷によって大きく変動する点である。マイコン２４は、常に所望の洗浄力が得られるように、振動装置１２の各部を制御する必要がある。
【００３５】
図４を参照して、マイコン２４の生成部６２が生成するＰＷＭパルスの分解能について説明する。図４は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号（デューティー比５０％とする。デッドタイム（第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が同時に「オン」の状態とならないように設ける時間）は無視できることとする。）の周期と変圧トランス３２の二次側の電圧の周期と振動子２０に流れる電流の周期とが一致することを表わす図である。このことは、振動子２０の振動の周波数が、ＰＷＭ信号の周波数に依存することを表わす。ＰＷＭ信号の周波数の分解能は、ＣＰＵ６０のクロック周波数に依存する。生成部６２が、ＣＰＵ６０が生成するパルスに対応するように、ＰＷＭ信号を生成するためである。振動子２０に流れる電流の位相は、振動子２０の振動の周波数が共振周波数ｆ（１）から反共振周波数ｆ（２）までの範囲内か否かにより異なる。これにより、所定のタイミングで振動子２０に流れる電流値を検出すると、振動子２０の振動の周波数が共振周波数ｆ（１）から反共振周波数ｆ（２）までの範囲内にあるか否かを特定できることとなる。たとえば、共振周波数ｆ（１）から反共振周波数ｆ（２）までの範囲内にあるとき、振動子２０に流れる電流の位相が図４の「＋９０°」の位相になるとすると、タイミングＴ（１）において、振動子２０に流れる電流は最小となる。タイミングＴ（２）およびタイミングＴ（４）において、振動子２０に流れる電流は「０」となる。タイミングＴ（３）において、振動子２０に流れる電流は最大となる。この場合、振動子２０に流れる電流の周波数が共振周波数ｆ（１）から反共振周波数ｆ（２）までの範囲内になければ、振動子２０に流れる電流の位相が図４の「−９０°」の位相になる。タイミングＴ（１）において、振動子２０に流れる電流は最大となる。タイミングＴ（２）およびタイミングＴ（４）において、振動子２０に流れる電流は「０」となる。タイミングＴ（３）において、振動子２０に流れる電流は最小となる。タイミングＴ（２）およびタイミングＴ（４）において振動子２０に流れる電流が「０」でなければ、振動子２０の振動の周波数は、共振周波数ｆ（１）または反共振周波数ｆ（２）のごく近傍の値である。タイミングＴ（１）〜タイミングＴ（４）において振動子２０に流れる電流が多ければ、振動子２０の振動の周波数は共振周波数ｆ（１）の近傍の値である。タイミングＴ（１）〜タイミングＴ（４）において振動子２０に流れる電流が少なければ、振動子２０の振動の周波数は反共振周波数ｆ（２）の近傍の値である。
【００３６】
図５を参照して、振動装置１２で実行されるプログラムは、振動子の駆動に関し、以下のような制御を実行する。
【００３７】
ステップ１００（以下、ステップをＳと略す。）にて、ＣＰＵ６０は生成部６２に周波数ｆｓ（この値はメモリ６８に予め記憶されている）のＰＷＭパルスを出力させる。この周波数ｆｓは、反共振周波数を上回る限り、特定の値に限定されない。ただし、周波数ｆｓは、振動子２０およびコイル３４からなる装置の反共振周波数のバラツキの範囲内の周波数であることが望ましい。本実施の形態において、周波数ｆｓは、振動子２０およびコイル３４からなる装置の反共振周波数のバラツキの上限の周波数であることとする。周波数を「ｆｓ」とする理由は、振動子２０の駆動を開始した際、共振周波数付近の周波数で振動してしまうことにより、第１トランジスタ２８や第２トランジスタ３０などが破損することを防止するためである。
【００３８】
Ｓ１０２にて、検出回路２２は、所定のタイミング（本実施の形態の場合、周期がＰＷＭ信号の周期の４分の１に等しくなるタイミング）で振動子２０に流れる電流値を検出する（ただし、検出回路２２は、デッドタイムなどにより生じるタイミングのズレを考慮し、電流値を検出するタイミングを調節（取込みタイミングを早めるなど）する）。検出回路２２は、電流値を表わす信号をマイコン２４に出力する。マイコン２４のＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流値の推移のパターンと、予めメモリ６８に記憶された電流値の推移のパターン（本実施の形態の場合、メモリ６８は、互いに周波数および位相が異なる電流値の推移のパターンを複数記憶することとする）とを対比することにより、振動子２０の電流の、振幅、および位相を推定する。これにより、ＣＰＵ６０は、所定のタイミングにおいて振動子２０が供給を受けた電流の大きさから（本実施の形態の場合、電流の大きさの配列から）、電流の位相を推定することとなる。電流の振幅が推定されると、ＣＰＵ６０は、振動装置１２に電力が供給された後に自らが推定した振幅の平均値（本実施の形態の場合、直近２０回の推定の平均値）を算出する。振動子２０の電流の変化が、電圧の周波数の変化に直ちに応答しないこと、および負荷の変動への敏感な反応を防止することがその目的である。
【００３９】
Ｓ１０４にて、ＣＰＵ６０は、振動子２０の振動の周波数が共振周波数と反共振周波数との間にないか否かを判断する。共振周波数と反共振周波数との間にないと判断した場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０８へと移される。Ｓ１０６にて、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆａ分低くする（ＰＷＭ信号の周期を所定値Ｔａ分大きくしてもよい）。
【００４０】
Ｓ１０８にて、ＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流の振幅の平均値が予め定めた設定値と定数との和を上回るか否かを判断する。上回ると判断した場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２へと移される。Ｓ１１０にて、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ分高くする（ＰＷＭ信号の周期を所定値Ｔｂ分小さくしてもよい）。本実施の形態において、所定値ｆａの値は所定値ｆｂの数倍の値であることとする。
【００４１】
Ｓ１１２にて、ＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流の振幅の平均値が予め定めた設定値と定数との差を下回るか否かを判断する。下回ると判断した場合（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４へと移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１１６へと移される。Ｓ１１４にて、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ分低くする（ＰＷＭ信号の周期を所定値Ｔｂ分大きくしてもよい）。
【００４２】
Ｓ１１６にて、ＣＰＵ６０は、振動子２０およびコイル３４からなる装置を振動させないか否かを判断する。振動させないと判断した場合（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８へと移される。もしそうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１０２へと移される。
【００４３】
Ｓ１１８にて、検出回路２２は、所定のタイミング（本実施の形態の場合、周期がＰＷＭ信号の周期の４分の１に等しくなるタイミング）で振動子２０に流れる電流値を検出する。検出回路２２は、電流値を表わす信号をマイコン２４に出力する。マイコン２４のＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流値の推移のパターンと、予めメモリ６８に記憶された電流値の推移のパターンとを対比することにより、振動子２０に流れる電流の、振幅、および位相を推定する。
【００４４】
Ｓ１２０にて、ＣＰＵ６０は、振動子２０の振動の周波数が反共振周波数付近の値（「反共振周波数付近の値」は、振動装置１２の設計の際、実験などにより任意の値に定めることができる。）以上（かつ上限値まで）の値であるか否かを判断する。反共振周波数付近の値以上の値であると判断した場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２へと移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００４５】
Ｓ１２２にて、ＣＰＵ６０は、生成部６２に、ＰＷＭ信号の生成および出力を停止させる。Ｓ１２４にて、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ分高くする（ＰＷＭ信号の周期を所定値Ｔｂ分小さくしてもよい）。
【００４６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、振動装置１２の動作について説明する。
【００４７】
ＣＰＵ６０は生成部６２に周波数ｆｓ（本実施の形態の場合、ｆｓ＝４５ｋＨｚとする）のＰＷＭパルスを出力させる（Ｓ１００）。ＰＷＭパルスが出力されると、検出回路２２は、所定のタイミングで振動子２０に流れる電流値を検出する。電流値が検出されると、検出回路２２は、電流値を表わす信号をマイコン２４に出力する。電流値を表わす信号が出力されると、ＣＰＵ６０は、振動子２０の電流の、振幅、および位相を推定する。電流の振幅などが推定されると、ＣＰＵ６０は、振動装置１２に電力が供給された後に自らが推定した振幅の平均値（本実施の形態の場合、直近２０回の推定の平均値）を算出する（Ｓ１０２）。平均値が算出されると、ＣＰＵ６０は、振動子２０の振動の周波数が共振周波数と反共振周波数との間にないか否かを判断する（Ｓ１０４）。この場合、振動子２０の振動の周波数はＰＷＭパルスの周波数ｆｓに概ね等しいので（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の位相を所定値ｆａ（本実施の形態の場合、ｆａ＝３００Ｈｚとする）分低くする（Ｓ１０６）。
【００４８】
Ｓ１０２〜Ｓ１０６の処理が繰返され、周波数が低くなり、最終的に振動子２０の振動の周波数が共振周波数と反共振周波数との間になると（Ｓ１０４にてＮＯ）、ＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流の振幅の平均値が予め定めた設定値と定数との和を上回るか否かを判断する（Ｓ１０８）。当初、ＰＷＭパルスの周波数は反共振周波数に近い。ＰＷＭパルスの周波数が反共振周波数に近いと、電流の振幅の平均値は設定値を大幅に下回るので（Ｓ１０８にてＮＯ）、ＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流の振幅の平均値が予め定めた設定値と定数との差を下回るか否かを判断する（Ｓ１１２）。当初、電流の振幅の平均値がこれらの差も下回るので（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ（本実施の形態の場合、ｆｂ＝１００Ｈｚとする）分低くする（Ｓ１１４）。ｆａ＞ｆｂとすることにより、振動子２０が素早く洗浄を開始できる。予想外の誤動作や消費電力の抑制を図ることができる。その結果、マイコン２４は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の周波数が、反共振周波数よりも値が大きな周波数ｆｓから、複数回の変化を経て、反共振周波数よりも値が小さくかつ共振周波数よりも値が大きな周波数へ変化するように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を変化させた後、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、電圧の周波数を制御する装置となる。
【００４９】
ＰＷＭ信号の周波数が低くなると、ＣＰＵ６０は、振動子２０およびコイル３４からなる装置に振動させないか否かを判断する（Ｓ１１６）。この場合、振動させるので（Ｓ１１６にてＮＯ）、Ｓ１０２〜Ｓ１１６の処理が繰返される。これにより、マイコン２４は、自らが判断した結果に応じて、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御することとなる。その結果、振動子２０の振動が最適化されると、振動子２０に流れる電流の振幅の平均値が高くなる。平均値が高くなりすぎると、電流の振幅の平均値は設定値を上回ることとなるので（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ分高くする（Ｓ１１０）。Ｓ１０８〜Ｓ１１４の処理により、ＣＰＵ６０は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御することとなる。
【００５０】
最終的に、ＣＰＵ６０（ひいてはマイコン２４）が振動子２０およびコイル３４からなる装置に振動させないと判断した場合（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、検出回路２２は、所定のタイミングで振動子２０に流れる電流値を検出する。検出回路２２は、電流値を表わす信号をマイコン２４に出力する。マイコン２４のＣＰＵ６０は、振動子２０に流れる電流の、振幅、および位相を推定する（Ｓ１１８）。
【００５１】
位相などが推定されると、ＣＰＵ６０は、振動子２０の振動の周波数が反共振周波数付近の値以上の値であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。この場合、そうでないので（Ｓ１２０にてＮＯ）、ＣＰＵ６０は、生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ分高くする（Ｓ１２４）。周波数が高くなると、Ｓ１１８〜Ｓ１２４の処理を繰返した後、ＣＰＵ６０は、電力の生成を停止するように、生成部６２を制御する（Ｓ１２２）。これにより、マイコン２４は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となった後、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が電力の生成を停止する前に、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の周波数が、振動の振幅が所定の範囲内の振幅となる周波数よりも反共振周波数に近い周波数となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御することとなる。
【００５２】
以上のようにして、本実施の形態に係る振動装置は、シンプルな構成により、位相の比較専用の回路を用いずに、振動子の振動の周波数を最適化できる。振動子に入力される電力を、振動を開始する際に低くできる。電力を低くできるので、トランジスタなどの破損を抑制できる。本実施の形態に係る振動装置は、このような制御を、量産が容易な特に安価な装置を用いても容易になし得る。安価な装置を用いた場合、部品の数を抑えることができる。故障の発生が少なくなる。修理の手間がかかることによりユーザに不快感を与えることがなくなる。部品を無駄に消費することがなくなる。部品を無駄に消費することがなくなるので、環境に悪影響を与えることを防止できる。本実施の形態に係る振動装置は、十分な洗浄力が得られる。本実施の形態に係る振動装置は、発熱により使用できる時間に制限を受けることを最小限に抑える。本実施の形態に係る振動装置は、製造時に、振動装置各部のパラメータを、個体毎に所望の最適点で駆動できるように調整しておく必要がなくなる。個体毎の特性のバラツキ、経年変化、あるいはインピーダンスの温度や負荷に応じた変化が生じても、振動子の振動の周波数が最適化されることにより、変化の影響によらず、所望の振動を得ることができるためである。その結果、部品の数が少ない、特に安価な、故障が少ない装置を用いて、振動を最適化できる振動装置および洗濯機を提供することができる。
【００５３】
なお、ＣＰＵ６０自体にアナログ信号とデジタル信号とを相互に変換する機能がある場合、Ａ／Ｄコンバータ６４は不要である。
【００５４】
また、生成部６２は、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）であってもよい。この場合、生成部６２は、ＣＰＵ６０から、周波数を表わす信号として、電圧が周波数に対応する直流電力を受付けることとなる。
【００５５】
また、検出回路２２は、ピーク検出回路（ＰＷＭ信号の振幅に応じた直流電圧を出力する回路）であってもよい。この場合、検出回路２２が検出した振幅が最も小さくなる点を、反共振周波数とみなす。検出回路２２は、直流電圧(＋Ｖ)電源ラインに設置され(この場合、ＣＴ（Current Transformer）のかわりにシャント抵抗を用いる)、直流電源ラインに流れる電流を検出してもよい。
【００５６】
また、振幅と位相との推定は、上述の説明では、１周期の間に到来するタイミングであるタイミングＴ（１）〜タイミングＴ（４）において得られた４つの電流値により実施しているが、必要（精度を上げるなど）に応じて、電流を得る回数を増加させてもよい。電流を得る回数に関わらず、振動子２０に流れる電流の振幅が最も小さくなる周波数を、反共振周波数とみなす。また逆に簡略化して、たとえばタイミングＴ（３）において得られた電流のみで推定してもよい（この場合、タイミングＴ（３）の電流を振幅値とする。この振幅値が正の場合には、振動の周波数は、共振周波数ｆ（１）から反共振周波数ｆ（２）までの範囲内にあると判定（位相判定）する。また、この振幅値が負の場合には、その範囲内にないと判定する。また、タイミングＴ（３）の振幅値が０近くの場合には、反共振周波数または共振周波数近くであると判定する。このとき、周波数を小さいほうへ変化させると、振幅値が０から正方向へ変化した場合には反共振周波数、逆に０から負方向へと変化した場合には共振周波数と判定する）。
【００５７】
また、Ｓ１０２において、ＣＰＵ６０は、予め振動子２０およびコイル３４からなる装置に作用する負荷の大きさが所定の大きさを下回るか否かを判断してもよい。振動子２０およびコイル３４からなる装置に作用する負荷の大きさを検出する装置の例として、被洗浄物の有無を検出するセンサ、電源から入力される電力と検出回路２２が検出した電流とを対比する装置（ＣＰＵ６０がこの「対比する装置」を兼ねてもよい）、または振動子２０近傍の温度を検出するセンサなどがある。ＣＰＵ６０（ひいてはマイコン２４）は、振動子２０およびコイル３４からなる装置に作用する負荷の大きさを検出する装置が検出した所定の大きさ以上の場合、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が所定の範囲内の振幅となり、振動子２０およびコイル３４からなる装置に作用する負荷の大きさを検出する装置が検出した負荷の大きさが所定の大きさを下回る場合、所定の周波数となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御してもよい。なお、Ｓ１０２およびＳ１０８の処理が繰返して実施されることは、上述の説明および図５の記載から明らかである。
【００５８】
また、操作部３６は、ユーザから洗浄力の強弱の指定を受付けてもよい。この場合、メモリ６８は、受付けた指定とＳ１０８およびＳ１１２にて判断に用いる設定値との関係を予め記憶していることとする。ＣＰＵ６０は、ユーザから受付けた指定に対応するように、判断に用いる設定値を選択する。これにより、操作部３６は、振幅の指定を受付けることとなる。マイコン２４は、振動子２０およびコイル３４からなる装置の振動の振幅が、操作部３６が受付けた振幅の指定に対応する範囲内の振幅となるように、第１トランジスタ２８および第２トランジスタ３０が生成する電力の電圧の周波数を制御することとなる。ユーザは、被洗濯物の種類や被洗濯物の汚れ具合に適した洗浄力（たとえば頑固な汚れには強い洗浄力を、熱に弱いデリケートな被洗濯物には弱い洗浄力）を指定できることとなる。
【００５９】
また、Ｓ１０２において、ＣＰＵ６０は、振動子２０などの温度が高過ぎるか否かを判断してもよい。この場合、ＣＰＵ６０は、振動子２０などの温度が高過ぎれば、振動子２０などの温度が高過ぎない場合に比べ振動子２０の振幅を小さく設定しても（あるいは振動子２０の振動を停止させても）よい。その場合、温度が高すぎる旨をユーザに通知するように表示部３８や警報器４０を制御させてもよい。ＣＰＵ６０は、振動子２０近傍の温度を検出するセンサが出力する信号などを基にして、振動子２０などの温度が高過ぎるか否かなどを判断できる。
【００６０】
また、Ｓ１１６にて、振動子２０に流れる電流が低過ぎるまま（生成部６２が生成するＰＷＭ信号の周波数を所定値ｆｂ分高くすることなく）、ＰＷＭ信号の周波数が共振周波数を下回った場合にも、ＣＰＵ６０は、振動子２０の駆動を停止すると判断してもよい。ＣＰＵ６０は、共振周波数ではなく、共振周波数以下の所定の値（この値は予めメモリ６８に記憶された値であってもよい）を下回った場合に、振動子２０の駆動を停止すると判断してもよい。この場合、ＣＰＵ６０は、ユーザに警告するように表示部３８や警報器４０を制御してもよい。振動子２０の駆動を停止することに代え、ＰＷＭ信号の周波数をｆｓに変更してもよい。この場合、再度Ｓ１０２以降の処理が実行されることとなる。
【００６１】
また、Ｓ１２０にて、電流の振幅がある値以下になった場合に、信号の生成、出力を停止（Ｓ１２２）すると判断してもよい。
【００６２】
また、メモリ６８は、共振周波数および反共振周波数のいずれかの推定値を記憶してもよい。この場合、ＣＰＵ６０は、メモリ６８が記憶した推定値を用いて、ｆｓ、ｆａ、およびｆｂを決定してもよい。これにより、振動子２０が起動した直後から定常的な状態で振動し始めるまでの時間を短縮できる。この場合、推定値を記憶するメモリ６８は、振動装置１２の電源が遮断されると記憶したデータが消去されるメモリであることが望ましい。振動子２０が交換されたり、振動子２０が使用される環境が変化したりすると、ｆｓ、ｆａ、およびｆｂの最適値も変化するためである。
【００６３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態に係る洗濯機の外観図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る振動装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る振動子の周波数特性を表わす図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＰＷＭ信号と振動の周期とが一致していることを表わす図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る振動子の駆動処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  洗濯機、１２  振動装置、２０  振動子、２２  検出回路、２４  マイコン、２６  ドライバ、２８  第１トランジスタ、３０  第２トランジスタ、３２  変圧トランス、３４  コイル、３６  操作部、３８  表示部、４０  警報器、５２  検出トランス、５４  変換回路、６０  ＣＰＵ、６２  生成部、６４  Ａ／Ｄコンバータ、６８  メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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