(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平軸を中心にしてドラムを高速回転させることにより該ドラム内に収容された洗濯物を脱水するドラム式遠心脱水装置において、
a)ドラムを回転駆動するモータと、
b)ドラムの偏心荷重を検知する偏心荷重検知手段と、
c)ドラム内周壁面に密着している洗濯物に作用する遠心力と重力とが略均衡する回転速度よりも若干大きな第１の回転速度でもってドラムを回転させ、前記偏心荷重検知手段により検知される偏心荷重がドラム上部に達したとき、ドラム内の全ての洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなるような第２の回転速度までドラムの回転速度を急速に上昇させるように、前記モータを制御する回転制御手段と、
を備えることを特徴とするドラム式遠心脱水装置。
【請求項２】
前記第２の回転速度はドラムの固有の共振周波数よりも低い回転速度とすることを特徴とする請求項１に記載のドラム式遠心脱水装置。
【請求項３】
偏心荷重の大きさを判定する判定手段を更に備え、前記回転制御手段は、第２の回転速度でもってドラムが回転しているときに該判定手段により偏心荷重が所定値以下であると判定されると、高速の脱水回転速度までドラムの回転速度を上昇させるようにモータを制御することを特徴とする請求項２に記載のドラム式遠心脱水装置。
【請求項４】
前記偏心荷重検知手段は、モータの駆動電流の変動に基づいて偏心荷重を検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドラム式遠心脱水装置。
【請求項５】
前記回転制御手段は、第１の回転速度でドラムを回転させる以前に、全ての洗濯物に作用する遠心力が重力よりも小さいような回転速度でもって左右の反転動作を行なうようにモータを制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のドラム式遠心脱水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドラム式遠心脱水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドラム式洗濯機は、洗濯物を籠状のドラム内部に収容し、該ドラムを水平軸を中心に回転する構造となっている。この種の洗濯機で遠心脱水を行なう際に、洗濯物がドラム内周壁上で均等に分散していない状態でドラムを高速回転させると、回転軸回りの質量分布のアンバランスによって異常振動や異常騒音が発生する。これに対し、市販のドラム式洗濯機では、上記異常振動を抑制するためにドラムを内装する外槽の周囲に重錘を取り付けている。このため、従来のこの種の洗濯乾燥機は重量が非常に重くなり、設置場所が限られると共に移動や運搬も困難であった。
【０００３】
上記異常振動の問題を解決することを目的とした遠心脱水装置は、従来より幾つか提案されている。例えば特開平６−２５４２９４号公報記載の遠心脱水装置では、ドラム高速回転による脱水運転を行なう前に、ドラム低速回転によってバランス調整を行なう方法が開示されている。より詳しくは、まずごく短時間ドラムを低速で回転させ、次いで該回転速度よりは若干速いが脱水運転時の回転速度よりは充分に遅い回転速度でドラムを回転させる、という二段階の回転制御の組合せにより、ドラム内周上に洗濯物を略均等に分散配置させるようにしている。
【０００４】
また上記従来技術では、ドラム内部の洗濯物の偏在を検知する手段として装置の台座の部分に振動監視センサを設置し、ドラムの回転速度を脱水運転を行なうための高速回転速度まで上昇させたときに該振動監視センサが異常振動を検知すると回転速度を落とすようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によるドラムの回転制御方法では、必ずしも洗濯物が均等に分散配置される確率が高くないため、ドラム低速回転によるバランス調整とドラム高速回転による偏心荷重の検知とを何回も繰り返す恐れが高い。その結果、脱水所要時間が長引き、最悪の場合、いつまでも脱水が終了しないという事態になる可能性もある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために成されたもので、その目的とするところは、脱水立上げ時の洗濯物のバランス調整を迅速に終了することができるドラム式遠心脱水装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
上記課題を解決するために成された本発明は、水平軸を中心にしてドラムを高速回転させることにより該ドラム内に収容された洗濯物を脱水するドラム式遠心脱水装置において、
a)ドラムを回転駆動するモータと、
b)ドラムの偏心荷重を検知する偏心荷重検知手段と、
c)ドラム内周壁面に密着している洗濯物に作用する遠心力と重力とが略均衡する回転速度よりも若干大きな第１の回転速度でもってドラムを回転させ、前記偏心荷重検知手段により検知される偏心荷重がドラム上部に達したとき、ドラム内の全ての洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなるような第２の回転速度までドラムの回転速度を急速に上昇させるように、前記モータを制御する回転制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
ドラム内に収容された各洗濯物に作用する遠心力は、ドラム回転軸から該洗濯物までの距離に依存し、ドラム内周壁面に密着している洗濯物よりもドラム回転軸側に位置している洗濯物に作用する遠心力は小さい。従って、上記回転制御手段により第１の回転速度でもってドラムが回転されると、一部の洗濯物は遠心力によりドラム内周壁面に張り付いてドラムとともに回転し、他の洗濯物は上記洗濯物の内周側にあって充分な遠心力を得られずに、ドラムの回転に伴い持ち上げられて途中で重力により下方に落下する、いわゆるタンブリング状態となる。
【０００９】
このような状態において、偏心荷重検知手段はドラム内周壁面に張り付いて回転する洗濯物に起因する偏心荷重の位置を検知する。上記回転制御手段は、偏心荷重がドラムの上部に達した瞬間に、ドラムの回転速度を第２の回転速度まで急速に上昇させる。すると、その直前にタンブリング状態にあった洗濯物は、遠心力によりドラム内周上で上記偏心荷重に対向する位置近傍に張り付き、ドラムとともに回転する。この結果、始めに生じていた偏心荷重と急加速時に生じた洗濯物の偏在との釣合によって、ドラム全体の偏心荷重は小さなものとなる。
【００１０】
なお、ドラムを第１の回転速度から第２の回転速度まで上昇させるタイミングは、基本的に、偏心荷重がドラム上部に達した時点であるが、加速の度合等の要因により、偏心荷重がドラム最高位置に到達する手前又は該最高位置を通過した後、等の適宜の位置に設定するとよい。
【００１１】
ところで、ドラムはその径や重量に応じた固有の共振周波数を有しており、一般に使用されるドラムでは、その共振周波数は、洗濯物に作用する遠心力と重力とが均衡する回転速度よりも高く、充分な脱水が行なえるような回転速度よりも低い。ドラムのバランスがとれていない状態で該回転速度が共振周波数に達すると大きな振動が発生するから、上記本発明に係る遠心脱水装置では、第２の回転速度はその共振周波数よりも低い回転速度とすることが好ましい。
【００１２】
また、上記本発明に係る遠心脱水装置では、偏心荷重の大きさを判定する判定手段を更に備え、前記回転制御手段は、第２の回転速度でもってドラムが回転しているときに該判定手段により偏心荷重が所定値以下であると判定されると、高速の脱水回転速度までドラムの回転速度を上昇させるようにモータを制御する構成とすることができる。
【００１３】
この構成によれば、上述のようなドラムの回転制御により偏心荷重が小さくなったことが確認され、高速の脱水回転速度でもってドラムを回転させても振動が少ないと判断されるときにのみ、ドラムは共振周波数に相当する回転速度を通過し更に脱水回転速度まで立ち上げられる。従って、振動や騒音が確実に回避される。
【００１４】
また、上記本発明に係る遠心脱水装置では、前記偏心荷重検知手段は、モータの駆動電流の変動に基づいて偏心荷重を検知する構成とすることができる。
【００１５】
すなわち、回転速度を略一定に維持するようにモータを制御するとき、モータの駆動電流は負荷トルク変動の影響を受けて変動する。ドラムに偏心荷重が存在すると該偏心荷重は最も大きな負荷トルクの変動要因となるから、モータの駆動電流はドラム内周上（つまりドラム一回転期間）での偏心荷重の位置に応じて変動する。従って、モータの駆動電流を監視することにより、偏心荷重の位置を比較的容易に検知することができる。
【００１６】
また、上記本発明に係る遠心脱水装置では、前記回転制御手段は、第１の回転速度でドラムを回転させる以前に、全ての洗濯物に作用する遠心力が重力よりも小さいような回転速度でもって左右の反転動作を行なうようにモータを制御する構成とすることが好ましい。
【００１７】
このような左右の反転回転動作を行なうと、ドラム内で互いに絡み合っていた洗濯物のほぐしが進み、各洗濯物が個別に移動し易くなる。このため、次に第１の回転速度でもってドラムが回転されたとき、洗濯物が適切に分散し易い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係るドラム式遠心脱水装置によれば、ドラムのバランス調整が迅速に行なえるので、脱水所要時間ひいては洗濯所要時間が長引くことを回避することができる。また、高速脱水運転時に大きな振動や騒音が発生することを確実に防止することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係るドラム式遠心脱水装置を備えた洗濯機の一実施例を図面を参照して説明する。まず、図１及び図２に基づいて本実施例による洗濯機の構成を説明する。図１はこの洗濯機の側面断面図、図２は図１のａ−ａ線断面図である。
【００２０】
外箱１の内部には外槽２がバネ３及びダンパ４に吊支され、外槽２内部には洗濯物を収容するためのドラム５が主軸８に軸支されている。外箱１の前面には外槽２の前面開口を開閉するドア７が設けられ、洗濯物はこのドア７を開放してドラム５内部へと収容される。ドラム５の周壁には多数の通水孔６が設けられており、外槽２内に給水された水は通水孔６を通してドラム５内へ流入し、また逆にドラム５内で洗濯物から脱水された水は通水孔６を通して外槽２へと飛散される。ドラム５の内周には、回転に伴って洗濯物をかき上げるためのバッフル９が互いに１２０°の回転角度を保って配設されている。
【００２１】
主軸８は外槽２に装着された軸受１０により保持されており、その先端には主プーリ１１が取り付けられている。外槽２の下面にはモータ１２が配置され、モータ１２の回転駆動力はモータプーリ１３、Ｖベルト１４を介して主プーリ１１に伝達される。主プーリ１１のリング体には開口が円周上に一箇所設けられており、該リング体を挟んで両側に発光部と受光部とから成る回転センサ１９が配置されている。ドラム５が一回転する期間に一回だけ該発光部から発した光が開口を通過して受光部に到達し、回転センサ１９は該受光信号に基づいてドラム５の回転に同期した検出信号（回転マーカ）を出力する。
【００２２】
外部の水道栓に接続された給水管１５は、給水バルブ１６を介して外槽２に接続されている。給水バルブ１６を開放すると、給水管１５を通して外槽２に水が供給される。一方、外槽２底部に連結された排水管１７には排水ポンプ１８が設けられ、外槽２内に溜まった水は排水ポンプ１８が駆動されることにより外部に排出される。
【００２３】
次に、上記洗濯機において脱水に関連する部分の電気的構成及び動作を図３を参照して説明する。制御の中心である制御部２０はＣＰＵを含むマイクロコンピュータにより構成されており、機能的には、中央制御部２１、回転速度制御部２２、偏心荷重検知部２３、偏心荷重判定部２４等を含む。中央制御部２１には操作部３１が接続されており、該操作部３１を介して洗濯開始等が指示される。該中央制御部２１は脱水運転を進めるための運転プログラムが予め記憶されたメモリやタイマを備え、運転プログラムの実行を進めつつ、脱水行程の開始の指示、所定時間の計測、或いは、目標回転速度等の数値の指示等を行なう。
【００２４】
回転速度制御部２２は、モータ駆動部３２及び回転数検出器３４とともに、モータ１２の回転速度が中央制御部２１により指示された目標回転速度になるように動作する。具体的には、回転速度制御部２２は、目標回転速度と回転数検出器３４から受け取った現時点での回転速度との差に基づき位相制御角を算出し、モータ駆動部３２に与える。モータ駆動部３２はトライアック等の電力スイッチング素子から成るインバータ駆動回路を備え、与えられた位相制御角に応じて該電力スイッチング素子のオン／オフを制御することにより、１００Ｖ正弦波の交流電流を切り出して駆動電流としてモータ１２に供給する。
【００２５】
モータ電流検出部３３は、ドラム５の回転に同期した上記駆動電流の変動成分を検出し、これを電圧値に変換して偏心荷重検知部２３に入力する。図４はこのようなモータ駆動電流の変動成分の一例を示す波形図である。図中、回転マーカＭは、回転センサ１９により得られるドラム５の一回転周期の区切りを示す信号の発生タイミングである。ドラム５に偏心荷重が存在していると、図４に示すようにモータ駆動電流はその偏心荷重に応じた変動成分を有する。この変動はモータ１２の負荷トルクの変動に対応しているから、ドラム５の一回転期間内で負荷トルクが最大になるときに最大ピークが現われる。
【００２６】
図６は、ドラム５内周壁上に洗濯物の偏在による偏心荷重が存在しているときの状態を示す図である。図６に示すように、偏心荷重がドラム５最低位置を通過して上方に持ち上げられようとする状態にあるとき、該偏心荷重に作用する重力のドラム５の接線方向成分の向きはドラム５の回転方向と反対になる。つまり、重力による上記成分はドラム５を減速させるように作用するため、同一の回転速度を維持するためには、より大きな駆動電流をモータ１２に供給する必要がある。逆に、偏心荷重がドラム５最高位置を通過して下がる状態にあるとき、該偏心荷重に作用する重力のドラム５の接線方向成分の向きはドラム５の回転方向と同一方向になる。つまり、この場合には、重力による上記成分はドラム５を加速させるように作用するため、モータ駆動電流を減少させることにより同一の回転速度が維持される。
【００２７】
このほかに主軸８と軸受１０との摩擦等の要因もモータ駆動電流に影響を与えるが、偏心荷重による上述のような変動要因が最も支配的であるため、一般には、偏心荷重がドラム５最低位置を通過して上方に持ち上げられる状態にあるときにモータ駆動電流は最大ピークを示す。逆に、偏心荷重がドラム５最高位置を通過して下がる状態にあるときにモータ駆動電流は最小ピークを示す。
【００２８】
また、モータ駆動電流の変動振幅Ｌは偏心荷重の大きさ（偏心量）に対応している。図５は、変動振幅Ｌと偏心量との関係の一例を示すグラフである。予めこのような関係を実験により調べてＲＯＭ等に記憶させておくことにより、脱水行程時に変動振幅Ｌから偏心量を取得することができる。
【００２９】
すなわち、偏心荷重検知部２３は、図４に示した波形を有する信号が入力されると、回転マーカＭの間隔毎、つまりドラム５の一回転期間毎に最大ピーク及び最小ピークを検出する。そして、その最大及び最小ピークの差（変動振幅Ｌ）を算出し、ＲＯＭに記憶している上記対応関係を参照して偏心量を得る。また、最大ピーク（又は最小ピーク）の出現するタイミング（例えば直前の回転マーカＭからの遅延時間）によりドラム５内周上での偏心荷重の位置を検知する。偏心荷重判定部２４は、後述のように偏心量及び偏心位置の判定処理を実行し、その結果に応じて回転速度制御部２２に適宜の指示信号を与える。
【００３０】
次に、上記構成の洗濯機における脱水行程時の制御動作の手順を図７に示すフローチャートに沿って説明する。なお、以下の説明では、ドラム５の内径を４６０ｍｍとしたときの数値を例に挙げているが、ドラム径が相違する場合には各回転速度等の数値を適宜変更することにより対応可能であることは明白である。
【００３１】
脱水行程の開始前、ドラム５内の洗濯物は吸水し、ドラム５底部に重積した状態にある。中央制御部２１からの指示により脱水行程が開始されると、まず回転速度制御部２２は、ほぐし運転を行なうようにモータ駆動部３２を制御する（ステップＳ１）。すなわち、ドラム５内周壁面に密着している洗濯物に作用する遠心力と重力とが均衡するような回転速度（ここでは６０〜６５ｒｐｍ程度：以下「均衡回転速度」という）よりも低い回転速度の範囲（例えば５０〜５５ｒｐｍ）でもって、所定時間毎にドラム５が右方向及び左方向に交互に回転するように制御する。これにより、ドラム５内で洗濯物は左右両方向に攪拌され、その間に絡みがほぐれる。また、攪拌により各洗濯物の隙間に空気が入り込むので、一枚一枚の洗濯物が互いに剥がれ易くなる。
【００３２】
所定時間のほぐし運転を行なった後、回転速度制御部２２はドラム５の回転速度を位相制御により７０ｒｐｍまで上昇するようにモータ駆動部３２を制御する（ステップＳ２）。すなわち、このときのドラム５の回転速度は上記均衡回転速度よりも若干高い回転速度である。ドラム５の回転速度が７０ｒｐｍ近傍に維持されるとき、図８（ａ）に示すように、ドラム５内周壁面に密着している洗濯物は遠心力によって該内周壁面に張り付いたまま回転し続ける。一方、その内周側に位置する洗濯物に作用する遠心力は弱いため、該洗濯物は、バッフル９（図８では省略している）により上方に持ち上げられ、途中で重力により回転後方に落下するという、タンブリング状態となる。
【００３３】
偏心荷重検知部２３は、上述のようにモータ駆動電流の変動成分に基づいてドラム５内周上での偏心荷重の位置を検知し（ステップＳ３）、偏心荷重判定部２４は検知された偏心位置がドラム５の上部に達したときに（ステップＳ４）、回転速度制御部２２に指示信号を与える。すなわち、ドラム５の回転速度が７０ｒｐｍに維持されるとき、ドラム５内周壁面に張り付いて回転する洗濯物の偏在に起因する偏心荷重Ａによりモータ駆動電流が変動する。上述のように、偏心荷重Ａがドラム５最高位置を通過し下がる状態にあるとき、モータ駆動電流は最小ピークを示す。従って、モータ駆動電流が最小ピークになる手前において、偏心荷重Ａはちょうどドラム５最高位置に達していると推定される。
【００３４】
そこで、偏心荷重判定部２４はこのようなモータ駆動電流の変動を監視し、偏心荷重Ａがドラム５上部に達したと判断したときに指示信号を発生する。この指示信号を受けると、回転速度制御部２２は、位相制御を行なわずに１００Ｖ全波の駆動電流をモータ１２に供給するようにモータ駆動部３２を制御する（ステップＳ５）。これにより、ドラム５の回転速度は急速に上昇する。更に、回転速度制御部２２は、ドラム５の回転速度が１３０ｒｐｍ近傍に到達すると、位相制御に切り替えて該回転速度を１３０ｒｐｍに維持するようにモータ駆動部３２を制御する（ステップＳ６）。このときの回転速度は、ドラム５内の全ての洗濯物に作用する遠心力が重力よりも確実に大きくなる回転速度であって、且つ、ドラム５に固有の共振周波数（ここでは約２００ｒｐｍ）よりも低い回転速度である。
【００３５】
上述のようにドラム５の回転速度が７０ｒｐｍから１３０ｒｐｍに急速に上昇されると、それまでドラム５内でタンブリング状態にあった洗濯物にも大きな遠心力が作用し、ドラム５内周壁面に張り付く。このとき、先の偏心荷重Ａはドラム５の上部に存在するから、図８（ｂ）に示すように、タンブリング状態にあった洗濯物は、該偏心荷重Ａとちょうど対向する位置近傍においてドラム５内周壁面に張り付いて偏心荷重Ｂとなる。従って、偏心荷重Ａと偏心荷重Ｂとの釣合により、ドラム５全体の偏心量は減少する。なお、モータ１２の回転速度を急速に上昇させるための指示信号を発生するタイミング（つまり偏心荷重Ａがドラム５上部のいずれの位置にあるときに指示信号を発生するのか）は、予め実験により最適なタイミングを決めるようにしておくとよい。
【００３６】
ドラム５の回転速度が１３０ｒｐｍに到達し該回転速度に維持されているとき、偏心荷重検知部２３は、モータ駆動電流の変動成分に基づいて偏心量を検知する（ステップＳ７）。そして、偏心荷重判定部２４は、該偏心量が規定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。該規定値は、高速脱水回転時に外箱１や外槽２の振動振幅が許容範囲に収まるような最大許容偏心量に基づいて予め適宜に定められる。従って、上記ステップＳ８にて偏心量が規定値以下であると判定されたときには、その状態のまま高速脱水回転に移行しても振動が小さいと判断できる。そこでステップＳ９に進み、回転速度制御部２２はドラム５の回転速度を高速脱水回転速度（例えば１０００ｒｐｍ）まで上昇させるようにモータ駆動部３２を制御する。
【００３７】
ドラム５が高速脱水回転速度でもって回転すると、洗濯物に含まれていた水は遠心力により洗濯物から吐き出され、通水孔６を介して外槽２側に飛散される。高速脱水回転速度に移行後、所定時間が経過すると（ステップＳ１０）、中央制御部２１はモータ１２の回転の停止を回転速度制御部２２に指示する。これにより、ドラム５は停止し、脱水行程が終了する。なお、高速脱水運転時には、布傷みを生じ易い洗濯物を保護するために、ドラム５の回転速度を使用者によって指定された洗濯コース（例えば毛布洗濯コース、ドライ専用衣類洗濯コース等）に応じた１０００ｒｐｍ以下の上限値（例えば８００ｒｐｍ）に制限するようにしてもよい。
【００３８】
一方、上記ステップＳ８にて偏心量が規定値を越えていると判定されると、この判定結果を受けて、回転速度制御部２２はドラム５の回転速度を低下させるようにモータ駆動部３２を制御する。そして、ステップＳ１に戻り、上記ほぐし運転をやり直す。
【００３９】
このようにして、本実施例の洗濯機では、高い確率でもって洗濯物のバランス調整を行ない、ドラム５の偏心荷重が確実に小さくなった状態で高速脱水回転に移行することができる。
【００４０】
なお、洗濯物に作用する遠心力は、該洗濯物とドラム５回転軸線との距離に依存するから、上記バランス調整のためのドラム５の回転速度はドラム径等に応じて変更する必要がある。従って、予め実験により、そのドラム５において最も良好なバランス調整が行なえるような回転速度を決定しておく。また、これらの数値は必ずしも固定されたものでなくてもよく、例えば、ドラム５に収容された洗濯物の量（負荷量）等に応じて適当な値を選択して制御を実行する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のドラム式遠心脱水装置を備えた洗濯機の実施例の構成を示す側面断面図。
【図２】  図１の洗濯機のａ−ａ線断面図。
【図３】  図１の洗濯機の脱水関連部分の電気系構成図。
【図４】  偏心荷重の影響によるモータ電流の変動成分の一例を示す波形図。
【図５】  モータ電流の変動振幅と偏心量との関係の一例を示すグラフ。
【図６】  偏心荷重によるモータ電流の変動を説明するためのドラム概略断面図。
【図７】  本実施例の洗濯機における脱水行程時の制御動作を示すフローチャート。
【図８】  本実施例の洗濯機における脱水行程時の洗濯物の配置状況を説明するためのドラム概略断面図。
【符号の説明】
２…外槽
５…ドラム
９…バッフル
１９…回転センサ
２０…制御部
２１…中央制御部
２２…回転速度制御部
２３…偏心荷重検知部
２４…偏心荷重判定部
３２…モータ駆動部
３３…モータ電流検出部
３４…回転数検出器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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