ドラム式洗濯機
【課題】所望の減衰効果を安定して得ることができる安価なサスペンションを備えたドラム式洗濯機を提供する。
【解決手段】洗濯機のサスペンション７は、シリンダ２０内部の軸受２３ａ，２３ｂに相対的に直線往復動可能に支持されたシャフト２１と、このシャフト２１の外周に嵌合され、そのシャフト２１の直線往復動に抵抗する摩擦力を発生させて水槽の振幅を減衰させる筒状の摩擦部材２８とを具備する。この摩擦部材２８とシャフト２１の外周面２１ｂとの間に磁気粘性流体を保持せしめると共に、摩擦部材２８の近傍に磁気粘性流体の粘性を制御するコイル２６を設けた。
【解決手段】洗濯機のサスペンション７は、シリンダ２０内部の軸受２３ａ，２３ｂに相対的に直線往復動可能に支持されたシャフト２１と、このシャフト２１の外周に嵌合され、そのシャフト２１の直線往復動に抵抗する摩擦力を発生させて水槽の振幅を減衰させる筒状の摩擦部材２８とを具備する。この摩擦部材２８とシャフト２１の外周面２１ｂとの間に磁気粘性流体を保持せしめると共に、摩擦部材２８の近傍に磁気粘性流体の粘性を制御するコイル２６を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドラムを収容した水槽を、サスペンションにより防振支持したドラム式洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記ドラム式洗濯機（以下、洗濯機と略す）は、例えば図６に示すように、洗濯水を貯水する水槽３内に、洗濯物を収容し且つ横軸状で傾斜軸周りに回転可能なドラム４を備えて構成される。この洗濯機においては、水槽３を外箱２底部の台板２ａ上で複数のサスペンション（図６中、該当部位をＰで示す）により支持することで、運転時の振動の低減化が図られている。この種のサスペンションとしては、作動流体として磁気粘性流体を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図７は、当該サスペンションの一例を示すものであり、台板２ａの取付板２ｂ側に固定されたピストンロッドたるシャフト１０２と、水槽３の取付板３ａ側（図６参照）に固定され当該水槽３と共に上下方向に振動するシリンダ１０３とを備えたサスペンション１０１を示している。シリンダ１０３内には、磁界の強度によって粘度が変化する磁気粘性流体（ＭＲ流体）１０４が充填されている。シャフト１０２において、シリンダ１０３内に挿通された一端部（図７（ａ）中、上端部）には、円盤状のピストンバルブ１０５が固定されている。このピストンバルブ１０５には、図７（ｂ）に示すように、軸方向に延びる複数のオリフィス孔１０５ａが形成されると共に、ピストンバルブ１０５の内部には磁界（磁場）を発生させるためのコイル１０６が配設されている。このコイル１０６の引出線１０６ａは、シャフト１０２の中空部１０２ｂを通して外部の駆動回路（図示せず）に接続されている。尚、中空部１０２ｂは、シャフト１０２の上端部においてシール部材１０７により水密に閉塞されている。また、シリンダ１０３の下端外周部にはシリンダ側ばね受け座１０３ａが固定されると共に、シャフト１０２の下部には、シャフト側ばね受け座１０２ａが固定されている。そして、これらばね受け座１０２ａ，１０３ａ間にコイルばね１０８が伸縮自在に配設され、以って、水槽３がサスペンション１０１により外箱２内で支持されている。
【０００４】
このサスペンション１０１において、水槽３が上下方向に振動すると、これと一体にシリンダ１０３もコイルばね１０８の伸縮を伴いながら軸方向に上下に往復動する。この場合、シリンダ１０３内の磁気粘性流体１０４中をピストンバルブ１０５が相対的に上下に往復動することに伴い、ピストンバルブ１０５のオリフィス孔１０５ａを磁気粘性流体１０４が通過するようになる。このとき、磁気粘性流体１０４の粘性により、サスペンション１０１において減衰力が発生し、水槽３の振幅を減衰させるようになっている。
【０００５】
以上のように発生する減衰力Ｄは、一般的に次の（１）式にて表される。
減衰力Ｄ＝入口損失＋摩擦損失＋動圧抵抗 ・・・（１）
尚、入口損失とは、磁気粘性流体１０４がピストンバルブ１０５のオリフィス孔１０５ａに流入する際に発生する圧力損失、摩擦損失とは、オリフィス孔１０５ａの中を磁気粘性流体１０４が通過する際の管摩擦による圧力損失、動圧抵抗とは、磁気粘性流体１０４の動圧がピストンバルブ１０５背面で圧力回復しないことによる圧力損失である。
【０００６】
ここで、コイル１０６に通電することにより磁気粘性流体１０４に磁界を与えると、磁気粘性流体１０４の見かけの粘度が上昇する。これにより、オリフィス孔１０５ａの中を磁気粘性流体１０４が通過する際の摩擦損失が増加するため、減衰力Ｄが大きくなる。つまり、サスペンション１０１において、コイル１０６へ通電することにより減衰力Ｄを調整することができるのである。
【特許文献１】特開２００５−２９１２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、磁気粘性流体１０４等のような、所謂機能性流体（外部から加える物理量を制御することで粘性等のレオロジー的特性が変化する流体）は高価であるため、シリンダ１０３内部に磁気粘性流体１０４を充填する上記構成では、一般的なダンパに比しコストが著しく上昇するという課題があった。
【０００８】
この点、図８に示す所謂摩擦ダンパとしてのサスペンション２０１は、上記のような減衰力の調整はできないものの、比較的安価な構成となる。即ち、サスペンション２０１は、台板２ａの取付板２ｂ側に固定されたシャフト２０２と、水槽３の取付板３ａ側に固定された中空状のシリンダ２０３とを備えている。シリンダ２０３内へ挿通されたシャフト２０２の上端部には、当該シリンダ２０３内を相対的に摺動する摩擦部材２０４が固定されている。尚、サスペンション２０１には、前記サスペンション１０１と同様、シリンダ側ばね受け座２０３ａとシャフト側ばね受け座２０２ａとの間に、コイルばね２０５が伸縮自在に配設されている。
【０００９】
このサスペンション２０１において、水槽３が上下方向に振動すると、これと一体にシリンダ２０３もコイルばね２０５の伸縮を伴いながら軸方向に上下に往復動する。この場合、シリンダ２０３の内周面と摩擦部材２０４の外周面とが摺動してクーロン摩擦力が発生し、これが減衰力となり水槽３の振幅を減衰させる。この減衰力（クーロン摩擦力）Ｅは、一般的に次の（２）式で表される。
【００１０】
減衰力Ｅ＝μＮ（μ：摩擦係数、Ｎは垂直抗力） ・・・（２）
このように、減衰力Ｅは、シリンダ２０３内周面と摩擦部材２０４外周面との間の垂直抗力に依存する関係にある。しかしながら、サスペンション２０１において、前記水槽３の振動時にコイルばね２０５が伸縮し、シリンダ２０３に対するシャフト２０２の相対的な往復動により発生する荷重を摩擦部材２０４の外周面のみで支えることになる。従って、摩擦ダンパ構成のサスペンション２０１では、摩擦部材２０４の摩耗が発生しやすく耐久性が低いという問題があり、所望の減衰効果を発生できない事態が生じうる。
【００１１】
つまり、磁気粘性流体１０４を利用したサスペンション１０１と摩擦ダンパ構成のサスペンション２０１とは、夫々に一長一短があり、これら両方の短所を同時に改善する有効な手段がなく対策に苦慮しているのが実情である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の減衰効果を安定して得ることができる安価なサスペンションを備えたドラム式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】
【００１３】
上記した目的を達成するために、本発明は、ドラムを収容する水槽を防振支持するサスペンションを有したドラム式洗濯機において、前記サスペンションは、筒状をなす軸受支持部材と、この軸受支持部材の内部に固定された軸受と、この軸受に相対的に直線往復動可能に支持されたシャフトと、このシャフトの外周に嵌合され、そのシャフトの前記直線往復動に抵抗する摩擦力を発生させて前記水槽の振幅を減衰させる筒状の摩擦部材とを具備し、前記摩擦部材と当該摩擦部材に対向する被摩擦部との間に機能性流体を保持せしめると共に、前記摩擦部材の近傍に前記機能性流体の粘性を制御する粘性制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のサスペンションにあっては、粘性制御手段により機能性流体の粘性を制御することで、摩擦部材と被摩擦部との間の摩擦係数を変化させ、以って水槽の振幅を減衰させる減衰力を調整することができる。そして、シリンダ内に機能性流体を充填した従来と異なり、本発明では、摩擦部材と被摩擦部との間の局部的な領域にのみ機能性流体を保持し、且つその粘性制御手段を摩擦部材の近傍に設けたので、機能性流体の使用量を極力少なくすることができると共に、安価な構成としながらも減衰力の調整を効果的に行うことができる。また、シャフトを、軸受支持部材の内部で軸受により支持したので、サスペンションの耐久性を高めることができ、総じて所望の減衰効果を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１の実施例＞
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。先ず、図６を参照して、ドラム式洗濯機（以下、単に洗濯機１と称する）の全体的概略について、従来と同一構成部分は同一符号を付し簡単に説明する。洗濯機１の外郭を形成する外箱２の内部には、貯水可能な水槽３が配設されると共に、水槽３内にドラム４が収納されている。水槽３及びドラム４は、同心の円筒状をなし、その中心軸線Ｃを、外箱２の前後方向（図６では左右方向）に指向させた横軸状で且つ水平に対し所定角度傾けた前上がりの傾斜状態となるように配置されている。水槽３は、複数（例えば左右一対）のサスペンション（図６中、一方の該当部位をＰで示す）によって、外箱２の底部を構成する台板２ａ上に防振支持されている。尚、本実施例のサスペンション７（図１参照）の具体的構成については後述する。
【００１６】
外箱２の前面中央部には、洗濯物出入口２ｃが形成されていると共に、この洗濯物出入口２ｃを開閉する扉８が設けられている。水槽３及びドラム４は、いずれも前面部に洗濯物出し入れ用の開口部９、１０を有していて、そのうちの水槽３の開口部９は、ベロー１１によって前記外箱２の洗濯物出入口２ｃに水密に連ねられている。
ドラム４の胴部には多数の小孔４ａが形成されている。他方、水槽３の後端部の中心部分には、このドラム４を回転可能に支持する軸受装置５及びブラシレスＤＣモータからなるモータ６が配設されている。水槽３の下面部には、排水弁１２を介して排水ホース１３が接続されており、水槽３内、ひいてはドラム４内の洗濯水が、これらを通して排出されるようになっている。
【００１７】
外箱２内の上部には、洗濯機１の制御に必要な制御ユニット１４が配置されており、この制御ユニット１４に、後述する制御手段たる制御装置１５（図２参照）が設けられている。また、水槽３には、これに発生する振動を検知するための２つの加速度センサ（振動検出手段）１７ａ，１７ｂが配置されている。これら加速度センサ１７ａ、１７ｂは、外箱２の上側隅部に臨む水槽３の外周部に、中心軸線Ｃ方向へ並べて設けられており、水槽３の前部および後部の加速度に応じた信号を出力するようになっている。尚、加速度センサ１７ａ，１７ｂは直接的には加速度の大きさを検出するものであるが、この加速度は水槽３の振動振幅と一定の相関関係を有するから、水槽３の振動ひいては振動振幅をも検出できるものである。
【００１８】
次に、前述したサスペンション７について、図１も参照しながら説明する。ここで、図１は、サスペンション７単体の全体の構成を示す断面図である。
図１、図６に示すように、サスペンション７は、台板２ａの取付板２ｂ側に固定された筒状をなすシリンダ２０と、水槽３の取付板３ａ側に固定されたシャフト２１とを備えている。詳細には、シリンダ２０の一端部（図６中、下端部）には連結部材２０ａが被着されており、この連結部材２０ａが台板２ａの取付板２ｂにゴムなどの弾性座板２２等を介してナット２２ａで締結されることにより、シリンダ２０が台板２ａ側に取付けられている。一方、シャフト２１の上端部には連結部２１ａが一体に形成されており、この連結部２１ａが水槽３の取付板３ａに上記と同じ弾性座板２２等を介してナット２２ａで締結されることにより、シャフト２１が当該水槽３と共に上下方向（軸方向）に振動するように構成されている。尚、本実施例では、シリンダ２０やシャフト２１の一端部或いは他端部について、図示の取付け状態に応じて下端部或いは上端部と称する。
【００１９】
シリンダ２０は軸受支持部材に相当し、その内部には、上端部に位置して一対の軸受２３ａ，２３ｂが互いに軸方向へ離間して配置される共に、これら軸受２３ａ，２３ｂ間に、略筒状をなすケース２４が配設されている。軸受２３ａ，２３ｂは、例えば焼結含油メタル（いわゆる軸受合金）とメタル圧入用金属（いわゆる裏金）とからなり、シリンダ２０に対し圧入されて固定してある。
【００２０】
ケース２４は、軸受２３ａ，２３ｂ間に挟み込まれ且つシリンダ２０の内周面に嵌合するようにして固定されている。ケース２４の内周面には、嵌合凹部２５が形成されている。また、ケース２４の内部には、嵌合凹部２５の直ぐ外周側に位置して、後述するコイル２６が収容されている。
前記シャフト２１の下端部は、シリンダ２０内へ挿通されると共に、軸受２３ａ，２３ｂに対して相対的に直線往復動可能に支持されており、シャフト２１はシリンダ２０と軸方向へ一致するように配置されている。尚、シャフト２１の下端には、当該シャフト２１を抜け止めすべく、径大なワッシャ２７ａを介してナット２７ｂが締結されている。
【００２１】
シャフト２１の外周において、その先端部付近で且つケース２４の嵌合凹部２５の位置する箇所には、当該シャフト２１の外周面２１ｂと摺動可能な筒状の摩擦部材２８が嵌合されている。また、摩擦部材２８は、ケース２４に対し、上下方向への移動が不能な状態で嵌合しており、シャフト２１が摩擦部材２８に対して相対的に移動することによって摩擦力を発生させる構成となっている。摩擦部材２８は、ポーラス状の樹脂（例えば多孔質合成ゴム）からなり、機能性流体たる磁気粘性流体（図示せず）を含浸保持する。
【００２２】
ここで、機能性流体とは、前述のように外部から加える物理量を制御することで粘性等のレオロジー的性質が機能的に変化する流体であって、電気的エネルギーの印加により粘性が変化する流体としての磁気粘性流体及び電気粘性流体を包含する。本実施例では、磁界（磁場）の強度に応じて粘性特性が変化する磁気粘性流体（ＭＲ流体）を用いるが、電界（電場）の強度に応じて粘性特性が変化する電気粘性流体（ＥＲ流体）を用いてもよい。磁気粘性流体は、例えば、オイルの中に鉄、カルボニル鉄などの強磁性粒子を分散させたものであり、磁界が印加されると強磁性粒子が鎖状のクラスタを形成することで見かけ上の粘度が上昇する。上記のように摩擦部材２８が多孔質体として磁気粘性流体を充填し、また、当該摩擦部材２８を収容する嵌合凹部２５が油溜り部として機能する。このため、摩擦部材２８とこれに対向するシャフト２１の外周面２１ｂ（被摩擦部）との間に磁気粘性流体が保持され、長期にわたり安定した減衰効果を得ることができる。
【００２３】
前記コイル２６は、ケース２４内部において、摩擦部材２８の直ぐ外周側に位置し且つ当該摩擦部材２８に沿うように配設されている。そして、ケース２４、軸受２３ｂ及びシリンダ２０には、コイル２６の引出線２６ａを外部（台板２ａ側）に引き出すための孔部２９ａ，２９ｂ，２９ｃが夫々形成されており、当該引出線２６ａは、各孔部２９ａ〜２９ｃを通して駆動回路３６（図２参照）に接続されている。尚、図示は省略するが、各孔部２９ａ〜２９ｃにはシール材が配設されている。これら孔部２９ａ〜２９ｃの位置つまり引出線２６ａの引き出し経路は適宜変更してもよい。
【００２４】
詳しくは後述するように、コイル２６は粘性制御手段に相当し、印加される電流値に応じた磁界を発生して磁気粘性流体の粘性（厳密には後述する可変減衰係数Ｃｖ）を制御することで、摩擦部材２８とシャフト２１との間の摩擦力ひいてはサスペンション７の減衰力を変化させるようになっている。
【００２５】
前記シリンダ２０の上端外周部には、シリンダ側ばね受け座３１が嵌合固定されている。これと離間対向して、シャフト２１の上部にシャフト側ばね受け座３２が設けられている。そして、これら各ばね受け座３１，３２間に、シリンダ２０及びシャフト２１の外周に圧縮コイルばねからなるコイルばね３３が伸縮自在に装着される。以って、サスペンション７は、水槽３と外箱２の台板２ａとの間に連結状態に組込まれ、水槽３が２本のサスペンション７により外箱２内に支持される。
【００２６】
図２は、洗濯機１の制御系の構成を示すブロック図で、特にサスペンション７の制御に係る部分を示している。制御装置１５は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、洗濯機１の動作全般を制御する。制御装置１５には、操作パネルのキースイッチ（何れも図示せず）からの各種操作信号を入力するための操作入力部３５、モータ６の回転速度を検出するための回転速度検出部３７、及び加速度センサ１７ａ、１７ｂが接続されている。また、制御装置１５は、入力された各種の信号や予め記憶した制御プログラムに基づいて、モータ６及びコイル２６を駆動回路３６を介して制御する。この場合、モータ６は、インバータによるパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によって回転速度の制御がなされる。
【００２７】
次に、上記構成の作用について説明する。
前記操作パネルのキースイッチの操作によって、洗いや脱水等の運転が開始されると、洗濯物を収容したドラム４の回転駆動に伴い、水槽３が上下方向を主体に振動する。この上下振動に応動して、水槽３に一体的に連結されたシャフト２１もコイルばね３３の伸縮を伴いながら軸方向たる上下方向に振動する。このシャフト２１が、台板２ａ側に連結されたシリンダ２０内を相対的に上下に直線往復動することにより、シャフト２１と摩擦部材２８との摩擦作用による減衰力が発生する。即ち、サスペンション７は、シャフト２１の外周面２１ｂが摩擦部材２８の内周面と摺動する際、クーロン摩擦力を受けることにより減衰力を発生させ、このような減衰作用がシャフト２１の直線往復動に伴い摩擦部材２８によって繰り返し発生することで、水槽３の振動振幅を抑制する減衰力を生み出す。
【００２８】
この減衰力の基である摩擦力は、摩擦部材２８に充填された磁気粘性流体の粘性に応じて変化する摩擦係数μと比例関係（前述の（２）式参照）にある。従って、コイル２６への通電により発生する磁界で磁気粘性流体の粘度を調整することで、任意の減衰力が得られる。この場合、磁気粘性流体は、コイル２６の近傍で且つその内周側に沿うように配置された摩擦部材２８に保持されているため、コイル２６の通電により磁界の直接的な作用をえて、充分な減衰作用を発生させる。
【００２９】
ここで、上記減衰作用による水槽３の振動の吸収メカニズムについて、図２をモデルとして参照しながら説明する。
このモデルにおいて、水槽３の質量をｍ、固定減衰係数（コイル２６の非通電状態におけるサスペンション７の減衰係数）をＣ、可変減衰係数（コイル２６への通電によるサスペンション７の減衰係数の変動分）をＣｖ、コイルばね３３等のばね定数をｋ、水槽３の上下方向の変位をｘ、水槽３を振動させる加振力をＦ（ｔ）とした場合、水槽３の運動方程式は、次の（３）式で表わされる。
【００３０】
ｍ・ｄ2 ｘ／ｄｔ2 ＋（Ｃ＋Ｃｖ）・ｄｘ／ｄｔ＋ｋ・ｘ＝Ｆ（ｔ） ・・・（３）
当該（３）式における臨界減衰係数Ｃｃは２（ｍ・ｋ）１／２である。また、減衰比ζ（＝Ｃ／Ｃｃ）をパラメータとして、振幅倍率と振動数比（＝ω／ωｎ）との関係、及び振動伝達率と振動数比との関係を、夫々図３（ａ）及び（ｂ）に示す。図３（ａ）に示すように、共振点（ω／ωｎ＝１）近傍の領域では、減衰比ζが大きいほど振幅が小さくなることがわかる。また、図３（ｂ）でも、共振点近傍の領域で減衰比ζが大きいほど振動伝達率が小さく、したがって減衰効果は高くなるといえる。しかしながら、ω／ωｎ＝２１／２の振動数比を境とする高振動領域（図３（ｂ）中、右側の領域）では、逆に減衰比ζが大きいほど振動伝達率も大きくなる傾向にある。このようなことから、水槽の振幅（振動）を抑制すべく減衰比ζを高めると、共振時に振動伝達率を小さくできるが、モータの回転速度を上昇させる過程において振動伝達率が大きくなる事態が生じるのである。
【００３１】
そこで、本実施例では、水槽３の振幅及び外箱２への振動伝達を可及的に抑制すべく、制御装置１５は脱水運転において図４のフローチャートに示すような制御を実行する。
即ち、脱水運転になると制御装置１５はモータ６を起動させて、ドラム４の回転を開始させ、モータ６の回転速度（ドラム４の回転速度）を定常回転速度（例えば１４００ｒｐｍ）まで上昇させる。このモータ６の回転速度上昇工程において、制御装置１５は、加速度センサ１７ａ，１７ｂにより加速度を検出し（ステップＡ１）、当該加速度を積分することで、水槽３の前部および後部の速度を算出する（ステップＡ２）。次いで、制御装置１５は、演算した当該水槽３の速度に応じて減衰係数の目標値（Ｃ＋Ｃｖ）を演算するとともに、コイル２６に対して目標の減衰係数に応じた電流を流すことにより、水槽３の振幅を抑え且つ振動伝達率を小さくするように可変減衰係数Ｃｖを変更する（ステップＡ３）。
【００３２】
具体的には、前記モータ６の回転速度上昇行程において共振時、或はドラム４内の洗濯物の偏りによる偏荷重（つまりアンバランス状態）が生じると、水槽３の振動が大きくなる。この場合、制御装置１５は、前述のように加速度センサ１７ａ，１７ｂの検出値に基づきサスペンション７の可変減衰係数Ｃｖを制御して、コイル２６に比較的大きな電流を流す。これにより、サスペンション７の減衰比ζが大きくなるため、水槽３の振幅が抑制されると共に、外箱２への振動伝達率が小さくなる。尚、この種の洗濯機１における共振は、例えば３００ｒｐｍ未満の比較的低い回転速度領域で発生し、アンバランスは当該共振回転速度領域で生じやすい。
【００３３】
一方、例えばモータ６の回転速度が定常回転速度に近づく等、共振回転速度領域外にある場合には、水槽３の振動は比較的小さなものとなる。この場合、制御装置１５は、加速度センサ１７ａ，１７ｂの検出値に基づきサスペンション７の可変減衰係数Ｃｖを制御して、コイル２６に対し比較的小さい電流を流し、或は非通電状態とする。これにより、減衰比ζが小さくなるため、サスペンション７において水槽３の振幅を抑制しながらも外箱２への振動伝達率を小さくすることがでる。つまり、サスペンション７の減衰係数の制御を、加速度センサ１７ａ，１７ｂの検出値に基づいたフィードバック制御により行うことで、ドラム４の回転速度如何に係わらず（図３（ｂ）における高振動領域か否かに係わらず）、水槽３の振幅と外箱２への振動伝達率との双方を抑制するきめ細やかな制御を行うことができ、脱水運転時の振動や騒音が低減するのである。
【００３４】
上記減衰力変更制御プログラムは、前記モータ６の回転速度上昇工程のみならず脱水運転の全工程にわたって繰り返し実行されるが、これに限定されるものではなく、洗い運転時等も含めてモータ６（ドラム４）が回転する際、繰り返し実行するように構成してもよい。
【００３５】
上記したように本実施例によれば、コイル２６により磁気粘性流体の粘性を制御することで、摩擦部材２８とシャフト２１との間の摩擦係数μを変化させ、以って水槽３の振幅を減衰させる減衰力を調整することができる。そして、シリンダ内に機能性流体を充填した従来と異なり、本実施例では、摩擦部材２８と被摩擦部（シャフト２１の外周面２１ｂ）との間の局部的な領域にのみ機能性流体を保持し、且つその粘性制御手段たるコイル２６を摩擦部材２８の近傍に設けたので、機能性流体の使用量を極力少なくすることができ、安価な構成としながらも減衰力の調整を効果的に行うことができる。シャフト２１を、シリンダ２０の内部で軸受２３ａ，２３ｂにより支持したので、サスペンション７の耐久性を高めることができ、総じて所望の減衰効果を安定して得ることができる。
【００３６】
殊に、本実施例では、シャフト２１を、一対の軸受２３ａ，２３ｂで支持したので、これら軸受２３ａ，２３ｂによって、水槽３の振動時の荷重を分散して受けることができると共に、シャフト２１の相対的な直線往復動の際のこじれを防止することができ、摩擦部材２８の摩耗を抑制することができる。
【００３７】
前記機能性流体は、電気的エネルギーの印加により粘性が変化する流体であって、磁気粘性流体からなる。この磁気粘性流体（或は前記電気粘性流体）にあっては、その粘性を比較的簡単な構成で容易に変化させることができ、サスペンション７の構成の簡素化や応答性の向上を図ることができる。本実施例では、粘性制御手段をコイル２６により構成することができ、減衰力の制御を容易に行うことができる。また、コイル２６は、摩擦部材２８（嵌合凹部２５）の直ぐ外周側に位置し、且つ当該摩擦部材２８に沿うように配設されている。これによれば、コイル２６内部の磁界を極力強めることができることから、大きな減衰力を発生させることができると共に、減衰力を発生させるための消費電力を可及的に少なくしながらも所望の減衰効果を得ることができる。
【００３８】
摩擦部材２８は、多孔質状をなすと共に機能性流体を含浸保持することから、当該摩擦部材２８と被摩擦部との間に機能性流体を長期にわたり確実に保持せしめることができ、寿命を長く延ばすことができる。
【００３９】
サスペンション７において、シャフト２１を水槽３側に取付けると共にシリンダ２０を台板２ａ側に取付け、コイル２６を（ケース２４を介して）シリンダ２０側に設けた。これによれば、コイルをシャフト側（水槽３に連結される部材側）に設けた場合よりも、水槽３の振動によるコイル２６の加振を抑制できる。従って、コイル２６や引出線２６ａの断線を防止することができると共に、引出線２６ａの配線作業の簡単化を図ることができる。
【００４０】
コイル２６は、振動検出手段（加速度センサ１７ａ、１７ｂ）の検出信号に基づいて連動制御されるので、水槽３の振動特性に応じたきめ細やかな粘性の制御を行うことができ、所望の減衰効果を得ることができる。
また、本実施例の制御装置１５は、加速度センサ１７ａ、１７ｂの検出信号に基づき水槽３の速度を演算し、当該速度に応じて減衰係数を制御するように構成されている。これによれば、前述したアンバランスや共振時、或はモータ６が定常回転速度まで上昇した場合でも、水槽３の振幅を抑え且つ振動伝達率を小さくするように減衰力を制御することができ、洗濯機１に生じる騒音や振動を極力抑制することができる。
【００４１】
＜第２の実施例＞
図５は、本発明の第２の実施例を示すものであり、脱水運転におけるサスペンション７の制御に係るフローチャートである。以下、第１の実施例と異なる点につき説明する。
【００４２】
図５に示すように、脱水運転になると、制御装置１５はモータ６を起動させて（ステップＢ１）、ドラム４の回転を開始させ、その回転速度を定常回転速度まで上昇させる。ここで、制御装置１５は、回転速度検出部３７により検出された回転速度に基づいて（ステップＢ２）、前記共振回転速度領域か否かを判断し（ステップＢ３）、共振回転速度領域内にあると判断した場合には、サスペンション７の減衰比ζが大きくなるよう可変減衰係数Ｃｖを制御する（ステップＢ４）。この場合、コイル２６に対して可変減衰係数Ｃｖに応じた電流を流すことにより、大きな減衰作用を得て共振時の水槽３の振幅及び外箱２への振動伝達が抑制される。
【００４３】
一方、制御装置１５は、ステップＢ３で共振回転速度領域外にあると判断した場合には、サスペンション７の減衰比ζが小さくなるよう可変減衰係数Ｃｖを０に設定し（ステップＢ４）、コイル２６の通電を停止する（ステップＢ５）。これにより、サスペンション７において水槽３の振幅を抑制しながらも外箱２への振動伝達率を小さくすることがでる。
【００４４】
制御装置１４は、モータ６が定常回転速度に到達し、この定常回転速度を所定時間維持した後、モータ６を停止させる（ステップＢ７）こととなるが、脱水運転が終了するまで（ステップＢ６にてＹｅｓ、つまりモータ６が停止するまで）、共振回転速度領域ではステップＢ２，Ｂ３，Ｂ４が繰り返し実行され、共振回転速度領域外ではステップＢ２，Ｂ３，Ｂ５，Ｂ６が繰り返し実行される。そして、制御装置１４は、モータ６の停止により（ステップＢ７）、この制御を終了する。
尚、共振回転速度領域は、制御装置１５内部のメモリ（不揮発性記憶手段）に予め記憶されており、水槽３の振幅と外箱２への振動伝達率とを抑制すべく水槽３の振動特性に応じた値に設定されている。
【００４５】
前述のようにドラム４の回転速度と水槽３の振幅との間、及びドラム４の回転速度と外箱２への振動伝達率との間には何れも相関関係がある。従って、共振回転速度領域にあるか否かを判断し、その判断結果に応じて可変減衰係数Ｃｖを制御することで、水槽３の振幅と外箱２への振動伝達率との双方を抑制することができる。
【００４６】
尚、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
水槽３及びドラム４は横軸状のものであればよく、その中心軸線Ｃが水平を指向するものでもよい。また、本発明は、ヒートポンプ等の乾燥手段を備えたドラム式洗濯機に適用する等、ドラム式洗濯機全般に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例を示す、サスペンション全体の縦断面図
【図２】制御系の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）は振幅倍率と振動数比との関係を示す図、（ｂ）は振動伝達率と振動数比との関係を示す図
【図４】減衰力変更制御の内容を示すフローチャート
【図５】本発明の第２実施例を示すものであり、要旨に係る部分についての制御内容を示すフローチャート
【図６】ドラム式洗濯機の縦断側面図
【図７】第１の従来例を示すものであり、（ａ）は図１相当図、（ｂ）はピストンバルブ近傍部の拡大図
【図８】第２の従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
【００４８】
図面中、１はドラム式洗濯機、２は外箱、２ａは台板、３は水槽、４はドラム、７はサスペンション、１７ａ，１７ｂは加速度センサ（振動検出手段）、２０はシリンダ（軸受支持部材）、２１はシャフト、２１ｂは外周面（被摩擦部）、２３ａ，２３ｂは軸受、２６はコイル（粘性制御手段）、２８は摩擦部材である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドラムを収容した水槽を、サスペンションにより防振支持したドラム式洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記ドラム式洗濯機（以下、洗濯機と略す）は、例えば図６に示すように、洗濯水を貯水する水槽３内に、洗濯物を収容し且つ横軸状で傾斜軸周りに回転可能なドラム４を備えて構成される。この洗濯機においては、水槽３を外箱２底部の台板２ａ上で複数のサスペンション（図６中、該当部位をＰで示す）により支持することで、運転時の振動の低減化が図られている。この種のサスペンションとしては、作動流体として磁気粘性流体を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図７は、当該サスペンションの一例を示すものであり、台板２ａの取付板２ｂ側に固定されたピストンロッドたるシャフト１０２と、水槽３の取付板３ａ側（図６参照）に固定され当該水槽３と共に上下方向に振動するシリンダ１０３とを備えたサスペンション１０１を示している。シリンダ１０３内には、磁界の強度によって粘度が変化する磁気粘性流体（ＭＲ流体）１０４が充填されている。シャフト１０２において、シリンダ１０３内に挿通された一端部（図７（ａ）中、上端部）には、円盤状のピストンバルブ１０５が固定されている。このピストンバルブ１０５には、図７（ｂ）に示すように、軸方向に延びる複数のオリフィス孔１０５ａが形成されると共に、ピストンバルブ１０５の内部には磁界（磁場）を発生させるためのコイル１０６が配設されている。このコイル１０６の引出線１０６ａは、シャフト１０２の中空部１０２ｂを通して外部の駆動回路（図示せず）に接続されている。尚、中空部１０２ｂは、シャフト１０２の上端部においてシール部材１０７により水密に閉塞されている。また、シリンダ１０３の下端外周部にはシリンダ側ばね受け座１０３ａが固定されると共に、シャフト１０２の下部には、シャフト側ばね受け座１０２ａが固定されている。そして、これらばね受け座１０２ａ，１０３ａ間にコイルばね１０８が伸縮自在に配設され、以って、水槽３がサスペンション１０１により外箱２内で支持されている。
【０００４】
このサスペンション１０１において、水槽３が上下方向に振動すると、これと一体にシリンダ１０３もコイルばね１０８の伸縮を伴いながら軸方向に上下に往復動する。この場合、シリンダ１０３内の磁気粘性流体１０４中をピストンバルブ１０５が相対的に上下に往復動することに伴い、ピストンバルブ１０５のオリフィス孔１０５ａを磁気粘性流体１０４が通過するようになる。このとき、磁気粘性流体１０４の粘性により、サスペンション１０１において減衰力が発生し、水槽３の振幅を減衰させるようになっている。
【０００５】
以上のように発生する減衰力Ｄは、一般的に次の（１）式にて表される。
減衰力Ｄ＝入口損失＋摩擦損失＋動圧抵抗 ・・・（１）
尚、入口損失とは、磁気粘性流体１０４がピストンバルブ１０５のオリフィス孔１０５ａに流入する際に発生する圧力損失、摩擦損失とは、オリフィス孔１０５ａの中を磁気粘性流体１０４が通過する際の管摩擦による圧力損失、動圧抵抗とは、磁気粘性流体１０４の動圧がピストンバルブ１０５背面で圧力回復しないことによる圧力損失である。
【０００６】
ここで、コイル１０６に通電することにより磁気粘性流体１０４に磁界を与えると、磁気粘性流体１０４の見かけの粘度が上昇する。これにより、オリフィス孔１０５ａの中を磁気粘性流体１０４が通過する際の摩擦損失が増加するため、減衰力Ｄが大きくなる。つまり、サスペンション１０１において、コイル１０６へ通電することにより減衰力Ｄを調整することができるのである。
【特許文献１】特開２００５−２９１２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、磁気粘性流体１０４等のような、所謂機能性流体（外部から加える物理量を制御することで粘性等のレオロジー的特性が変化する流体）は高価であるため、シリンダ１０３内部に磁気粘性流体１０４を充填する上記構成では、一般的なダンパに比しコストが著しく上昇するという課題があった。
【０００８】
この点、図８に示す所謂摩擦ダンパとしてのサスペンション２０１は、上記のような減衰力の調整はできないものの、比較的安価な構成となる。即ち、サスペンション２０１は、台板２ａの取付板２ｂ側に固定されたシャフト２０２と、水槽３の取付板３ａ側に固定された中空状のシリンダ２０３とを備えている。シリンダ２０３内へ挿通されたシャフト２０２の上端部には、当該シリンダ２０３内を相対的に摺動する摩擦部材２０４が固定されている。尚、サスペンション２０１には、前記サスペンション１０１と同様、シリンダ側ばね受け座２０３ａとシャフト側ばね受け座２０２ａとの間に、コイルばね２０５が伸縮自在に配設されている。
【０００９】
このサスペンション２０１において、水槽３が上下方向に振動すると、これと一体にシリンダ２０３もコイルばね２０５の伸縮を伴いながら軸方向に上下に往復動する。この場合、シリンダ２０３の内周面と摩擦部材２０４の外周面とが摺動してクーロン摩擦力が発生し、これが減衰力となり水槽３の振幅を減衰させる。この減衰力（クーロン摩擦力）Ｅは、一般的に次の（２）式で表される。
【００１０】
減衰力Ｅ＝μＮ（μ：摩擦係数、Ｎは垂直抗力） ・・・（２）
このように、減衰力Ｅは、シリンダ２０３内周面と摩擦部材２０４外周面との間の垂直抗力に依存する関係にある。しかしながら、サスペンション２０１において、前記水槽３の振動時にコイルばね２０５が伸縮し、シリンダ２０３に対するシャフト２０２の相対的な往復動により発生する荷重を摩擦部材２０４の外周面のみで支えることになる。従って、摩擦ダンパ構成のサスペンション２０１では、摩擦部材２０４の摩耗が発生しやすく耐久性が低いという問題があり、所望の減衰効果を発生できない事態が生じうる。
【００１１】
つまり、磁気粘性流体１０４を利用したサスペンション１０１と摩擦ダンパ構成のサスペンション２０１とは、夫々に一長一短があり、これら両方の短所を同時に改善する有効な手段がなく対策に苦慮しているのが実情である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の減衰効果を安定して得ることができる安価なサスペンションを備えたドラム式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】
【００１３】
上記した目的を達成するために、本発明は、ドラムを収容する水槽を防振支持するサスペンションを有したドラム式洗濯機において、前記サスペンションは、筒状をなす軸受支持部材と、この軸受支持部材の内部に固定された軸受と、この軸受に相対的に直線往復動可能に支持されたシャフトと、このシャフトの外周に嵌合され、そのシャフトの前記直線往復動に抵抗する摩擦力を発生させて前記水槽の振幅を減衰させる筒状の摩擦部材とを具備し、前記摩擦部材と当該摩擦部材に対向する被摩擦部との間に機能性流体を保持せしめると共に、前記摩擦部材の近傍に前記機能性流体の粘性を制御する粘性制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のサスペンションにあっては、粘性制御手段により機能性流体の粘性を制御することで、摩擦部材と被摩擦部との間の摩擦係数を変化させ、以って水槽の振幅を減衰させる減衰力を調整することができる。そして、シリンダ内に機能性流体を充填した従来と異なり、本発明では、摩擦部材と被摩擦部との間の局部的な領域にのみ機能性流体を保持し、且つその粘性制御手段を摩擦部材の近傍に設けたので、機能性流体の使用量を極力少なくすることができると共に、安価な構成としながらも減衰力の調整を効果的に行うことができる。また、シャフトを、軸受支持部材の内部で軸受により支持したので、サスペンションの耐久性を高めることができ、総じて所望の減衰効果を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１の実施例＞
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。先ず、図６を参照して、ドラム式洗濯機（以下、単に洗濯機１と称する）の全体的概略について、従来と同一構成部分は同一符号を付し簡単に説明する。洗濯機１の外郭を形成する外箱２の内部には、貯水可能な水槽３が配設されると共に、水槽３内にドラム４が収納されている。水槽３及びドラム４は、同心の円筒状をなし、その中心軸線Ｃを、外箱２の前後方向（図６では左右方向）に指向させた横軸状で且つ水平に対し所定角度傾けた前上がりの傾斜状態となるように配置されている。水槽３は、複数（例えば左右一対）のサスペンション（図６中、一方の該当部位をＰで示す）によって、外箱２の底部を構成する台板２ａ上に防振支持されている。尚、本実施例のサスペンション７（図１参照）の具体的構成については後述する。
【００１６】
外箱２の前面中央部には、洗濯物出入口２ｃが形成されていると共に、この洗濯物出入口２ｃを開閉する扉８が設けられている。水槽３及びドラム４は、いずれも前面部に洗濯物出し入れ用の開口部９、１０を有していて、そのうちの水槽３の開口部９は、ベロー１１によって前記外箱２の洗濯物出入口２ｃに水密に連ねられている。
ドラム４の胴部には多数の小孔４ａが形成されている。他方、水槽３の後端部の中心部分には、このドラム４を回転可能に支持する軸受装置５及びブラシレスＤＣモータからなるモータ６が配設されている。水槽３の下面部には、排水弁１２を介して排水ホース１３が接続されており、水槽３内、ひいてはドラム４内の洗濯水が、これらを通して排出されるようになっている。
【００１７】
外箱２内の上部には、洗濯機１の制御に必要な制御ユニット１４が配置されており、この制御ユニット１４に、後述する制御手段たる制御装置１５（図２参照）が設けられている。また、水槽３には、これに発生する振動を検知するための２つの加速度センサ（振動検出手段）１７ａ，１７ｂが配置されている。これら加速度センサ１７ａ、１７ｂは、外箱２の上側隅部に臨む水槽３の外周部に、中心軸線Ｃ方向へ並べて設けられており、水槽３の前部および後部の加速度に応じた信号を出力するようになっている。尚、加速度センサ１７ａ，１７ｂは直接的には加速度の大きさを検出するものであるが、この加速度は水槽３の振動振幅と一定の相関関係を有するから、水槽３の振動ひいては振動振幅をも検出できるものである。
【００１８】
次に、前述したサスペンション７について、図１も参照しながら説明する。ここで、図１は、サスペンション７単体の全体の構成を示す断面図である。
図１、図６に示すように、サスペンション７は、台板２ａの取付板２ｂ側に固定された筒状をなすシリンダ２０と、水槽３の取付板３ａ側に固定されたシャフト２１とを備えている。詳細には、シリンダ２０の一端部（図６中、下端部）には連結部材２０ａが被着されており、この連結部材２０ａが台板２ａの取付板２ｂにゴムなどの弾性座板２２等を介してナット２２ａで締結されることにより、シリンダ２０が台板２ａ側に取付けられている。一方、シャフト２１の上端部には連結部２１ａが一体に形成されており、この連結部２１ａが水槽３の取付板３ａに上記と同じ弾性座板２２等を介してナット２２ａで締結されることにより、シャフト２１が当該水槽３と共に上下方向（軸方向）に振動するように構成されている。尚、本実施例では、シリンダ２０やシャフト２１の一端部或いは他端部について、図示の取付け状態に応じて下端部或いは上端部と称する。
【００１９】
シリンダ２０は軸受支持部材に相当し、その内部には、上端部に位置して一対の軸受２３ａ，２３ｂが互いに軸方向へ離間して配置される共に、これら軸受２３ａ，２３ｂ間に、略筒状をなすケース２４が配設されている。軸受２３ａ，２３ｂは、例えば焼結含油メタル（いわゆる軸受合金）とメタル圧入用金属（いわゆる裏金）とからなり、シリンダ２０に対し圧入されて固定してある。
【００２０】
ケース２４は、軸受２３ａ，２３ｂ間に挟み込まれ且つシリンダ２０の内周面に嵌合するようにして固定されている。ケース２４の内周面には、嵌合凹部２５が形成されている。また、ケース２４の内部には、嵌合凹部２５の直ぐ外周側に位置して、後述するコイル２６が収容されている。
前記シャフト２１の下端部は、シリンダ２０内へ挿通されると共に、軸受２３ａ，２３ｂに対して相対的に直線往復動可能に支持されており、シャフト２１はシリンダ２０と軸方向へ一致するように配置されている。尚、シャフト２１の下端には、当該シャフト２１を抜け止めすべく、径大なワッシャ２７ａを介してナット２７ｂが締結されている。
【００２１】
シャフト２１の外周において、その先端部付近で且つケース２４の嵌合凹部２５の位置する箇所には、当該シャフト２１の外周面２１ｂと摺動可能な筒状の摩擦部材２８が嵌合されている。また、摩擦部材２８は、ケース２４に対し、上下方向への移動が不能な状態で嵌合しており、シャフト２１が摩擦部材２８に対して相対的に移動することによって摩擦力を発生させる構成となっている。摩擦部材２８は、ポーラス状の樹脂（例えば多孔質合成ゴム）からなり、機能性流体たる磁気粘性流体（図示せず）を含浸保持する。
【００２２】
ここで、機能性流体とは、前述のように外部から加える物理量を制御することで粘性等のレオロジー的性質が機能的に変化する流体であって、電気的エネルギーの印加により粘性が変化する流体としての磁気粘性流体及び電気粘性流体を包含する。本実施例では、磁界（磁場）の強度に応じて粘性特性が変化する磁気粘性流体（ＭＲ流体）を用いるが、電界（電場）の強度に応じて粘性特性が変化する電気粘性流体（ＥＲ流体）を用いてもよい。磁気粘性流体は、例えば、オイルの中に鉄、カルボニル鉄などの強磁性粒子を分散させたものであり、磁界が印加されると強磁性粒子が鎖状のクラスタを形成することで見かけ上の粘度が上昇する。上記のように摩擦部材２８が多孔質体として磁気粘性流体を充填し、また、当該摩擦部材２８を収容する嵌合凹部２５が油溜り部として機能する。このため、摩擦部材２８とこれに対向するシャフト２１の外周面２１ｂ（被摩擦部）との間に磁気粘性流体が保持され、長期にわたり安定した減衰効果を得ることができる。
【００２３】
前記コイル２６は、ケース２４内部において、摩擦部材２８の直ぐ外周側に位置し且つ当該摩擦部材２８に沿うように配設されている。そして、ケース２４、軸受２３ｂ及びシリンダ２０には、コイル２６の引出線２６ａを外部（台板２ａ側）に引き出すための孔部２９ａ，２９ｂ，２９ｃが夫々形成されており、当該引出線２６ａは、各孔部２９ａ〜２９ｃを通して駆動回路３６（図２参照）に接続されている。尚、図示は省略するが、各孔部２９ａ〜２９ｃにはシール材が配設されている。これら孔部２９ａ〜２９ｃの位置つまり引出線２６ａの引き出し経路は適宜変更してもよい。
【００２４】
詳しくは後述するように、コイル２６は粘性制御手段に相当し、印加される電流値に応じた磁界を発生して磁気粘性流体の粘性（厳密には後述する可変減衰係数Ｃｖ）を制御することで、摩擦部材２８とシャフト２１との間の摩擦力ひいてはサスペンション７の減衰力を変化させるようになっている。
【００２５】
前記シリンダ２０の上端外周部には、シリンダ側ばね受け座３１が嵌合固定されている。これと離間対向して、シャフト２１の上部にシャフト側ばね受け座３２が設けられている。そして、これら各ばね受け座３１，３２間に、シリンダ２０及びシャフト２１の外周に圧縮コイルばねからなるコイルばね３３が伸縮自在に装着される。以って、サスペンション７は、水槽３と外箱２の台板２ａとの間に連結状態に組込まれ、水槽３が２本のサスペンション７により外箱２内に支持される。
【００２６】
図２は、洗濯機１の制御系の構成を示すブロック図で、特にサスペンション７の制御に係る部分を示している。制御装置１５は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、洗濯機１の動作全般を制御する。制御装置１５には、操作パネルのキースイッチ（何れも図示せず）からの各種操作信号を入力するための操作入力部３５、モータ６の回転速度を検出するための回転速度検出部３７、及び加速度センサ１７ａ、１７ｂが接続されている。また、制御装置１５は、入力された各種の信号や予め記憶した制御プログラムに基づいて、モータ６及びコイル２６を駆動回路３６を介して制御する。この場合、モータ６は、インバータによるパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によって回転速度の制御がなされる。
【００２７】
次に、上記構成の作用について説明する。
前記操作パネルのキースイッチの操作によって、洗いや脱水等の運転が開始されると、洗濯物を収容したドラム４の回転駆動に伴い、水槽３が上下方向を主体に振動する。この上下振動に応動して、水槽３に一体的に連結されたシャフト２１もコイルばね３３の伸縮を伴いながら軸方向たる上下方向に振動する。このシャフト２１が、台板２ａ側に連結されたシリンダ２０内を相対的に上下に直線往復動することにより、シャフト２１と摩擦部材２８との摩擦作用による減衰力が発生する。即ち、サスペンション７は、シャフト２１の外周面２１ｂが摩擦部材２８の内周面と摺動する際、クーロン摩擦力を受けることにより減衰力を発生させ、このような減衰作用がシャフト２１の直線往復動に伴い摩擦部材２８によって繰り返し発生することで、水槽３の振動振幅を抑制する減衰力を生み出す。
【００２８】
この減衰力の基である摩擦力は、摩擦部材２８に充填された磁気粘性流体の粘性に応じて変化する摩擦係数μと比例関係（前述の（２）式参照）にある。従って、コイル２６への通電により発生する磁界で磁気粘性流体の粘度を調整することで、任意の減衰力が得られる。この場合、磁気粘性流体は、コイル２６の近傍で且つその内周側に沿うように配置された摩擦部材２８に保持されているため、コイル２６の通電により磁界の直接的な作用をえて、充分な減衰作用を発生させる。
【００２９】
ここで、上記減衰作用による水槽３の振動の吸収メカニズムについて、図２をモデルとして参照しながら説明する。
このモデルにおいて、水槽３の質量をｍ、固定減衰係数（コイル２６の非通電状態におけるサスペンション７の減衰係数）をＣ、可変減衰係数（コイル２６への通電によるサスペンション７の減衰係数の変動分）をＣｖ、コイルばね３３等のばね定数をｋ、水槽３の上下方向の変位をｘ、水槽３を振動させる加振力をＦ（ｔ）とした場合、水槽３の運動方程式は、次の（３）式で表わされる。
【００３０】
ｍ・ｄ2 ｘ／ｄｔ2 ＋（Ｃ＋Ｃｖ）・ｄｘ／ｄｔ＋ｋ・ｘ＝Ｆ（ｔ） ・・・（３）
当該（３）式における臨界減衰係数Ｃｃは２（ｍ・ｋ）１／２である。また、減衰比ζ（＝Ｃ／Ｃｃ）をパラメータとして、振幅倍率と振動数比（＝ω／ωｎ）との関係、及び振動伝達率と振動数比との関係を、夫々図３（ａ）及び（ｂ）に示す。図３（ａ）に示すように、共振点（ω／ωｎ＝１）近傍の領域では、減衰比ζが大きいほど振幅が小さくなることがわかる。また、図３（ｂ）でも、共振点近傍の領域で減衰比ζが大きいほど振動伝達率が小さく、したがって減衰効果は高くなるといえる。しかしながら、ω／ωｎ＝２１／２の振動数比を境とする高振動領域（図３（ｂ）中、右側の領域）では、逆に減衰比ζが大きいほど振動伝達率も大きくなる傾向にある。このようなことから、水槽の振幅（振動）を抑制すべく減衰比ζを高めると、共振時に振動伝達率を小さくできるが、モータの回転速度を上昇させる過程において振動伝達率が大きくなる事態が生じるのである。
【００３１】
そこで、本実施例では、水槽３の振幅及び外箱２への振動伝達を可及的に抑制すべく、制御装置１５は脱水運転において図４のフローチャートに示すような制御を実行する。
即ち、脱水運転になると制御装置１５はモータ６を起動させて、ドラム４の回転を開始させ、モータ６の回転速度（ドラム４の回転速度）を定常回転速度（例えば１４００ｒｐｍ）まで上昇させる。このモータ６の回転速度上昇工程において、制御装置１５は、加速度センサ１７ａ，１７ｂにより加速度を検出し（ステップＡ１）、当該加速度を積分することで、水槽３の前部および後部の速度を算出する（ステップＡ２）。次いで、制御装置１５は、演算した当該水槽３の速度に応じて減衰係数の目標値（Ｃ＋Ｃｖ）を演算するとともに、コイル２６に対して目標の減衰係数に応じた電流を流すことにより、水槽３の振幅を抑え且つ振動伝達率を小さくするように可変減衰係数Ｃｖを変更する（ステップＡ３）。
【００３２】
具体的には、前記モータ６の回転速度上昇行程において共振時、或はドラム４内の洗濯物の偏りによる偏荷重（つまりアンバランス状態）が生じると、水槽３の振動が大きくなる。この場合、制御装置１５は、前述のように加速度センサ１７ａ，１７ｂの検出値に基づきサスペンション７の可変減衰係数Ｃｖを制御して、コイル２６に比較的大きな電流を流す。これにより、サスペンション７の減衰比ζが大きくなるため、水槽３の振幅が抑制されると共に、外箱２への振動伝達率が小さくなる。尚、この種の洗濯機１における共振は、例えば３００ｒｐｍ未満の比較的低い回転速度領域で発生し、アンバランスは当該共振回転速度領域で生じやすい。
【００３３】
一方、例えばモータ６の回転速度が定常回転速度に近づく等、共振回転速度領域外にある場合には、水槽３の振動は比較的小さなものとなる。この場合、制御装置１５は、加速度センサ１７ａ，１７ｂの検出値に基づきサスペンション７の可変減衰係数Ｃｖを制御して、コイル２６に対し比較的小さい電流を流し、或は非通電状態とする。これにより、減衰比ζが小さくなるため、サスペンション７において水槽３の振幅を抑制しながらも外箱２への振動伝達率を小さくすることがでる。つまり、サスペンション７の減衰係数の制御を、加速度センサ１７ａ，１７ｂの検出値に基づいたフィードバック制御により行うことで、ドラム４の回転速度如何に係わらず（図３（ｂ）における高振動領域か否かに係わらず）、水槽３の振幅と外箱２への振動伝達率との双方を抑制するきめ細やかな制御を行うことができ、脱水運転時の振動や騒音が低減するのである。
【００３４】
上記減衰力変更制御プログラムは、前記モータ６の回転速度上昇工程のみならず脱水運転の全工程にわたって繰り返し実行されるが、これに限定されるものではなく、洗い運転時等も含めてモータ６（ドラム４）が回転する際、繰り返し実行するように構成してもよい。
【００３５】
上記したように本実施例によれば、コイル２６により磁気粘性流体の粘性を制御することで、摩擦部材２８とシャフト２１との間の摩擦係数μを変化させ、以って水槽３の振幅を減衰させる減衰力を調整することができる。そして、シリンダ内に機能性流体を充填した従来と異なり、本実施例では、摩擦部材２８と被摩擦部（シャフト２１の外周面２１ｂ）との間の局部的な領域にのみ機能性流体を保持し、且つその粘性制御手段たるコイル２６を摩擦部材２８の近傍に設けたので、機能性流体の使用量を極力少なくすることができ、安価な構成としながらも減衰力の調整を効果的に行うことができる。シャフト２１を、シリンダ２０の内部で軸受２３ａ，２３ｂにより支持したので、サスペンション７の耐久性を高めることができ、総じて所望の減衰効果を安定して得ることができる。
【００３６】
殊に、本実施例では、シャフト２１を、一対の軸受２３ａ，２３ｂで支持したので、これら軸受２３ａ，２３ｂによって、水槽３の振動時の荷重を分散して受けることができると共に、シャフト２１の相対的な直線往復動の際のこじれを防止することができ、摩擦部材２８の摩耗を抑制することができる。
【００３７】
前記機能性流体は、電気的エネルギーの印加により粘性が変化する流体であって、磁気粘性流体からなる。この磁気粘性流体（或は前記電気粘性流体）にあっては、その粘性を比較的簡単な構成で容易に変化させることができ、サスペンション７の構成の簡素化や応答性の向上を図ることができる。本実施例では、粘性制御手段をコイル２６により構成することができ、減衰力の制御を容易に行うことができる。また、コイル２６は、摩擦部材２８（嵌合凹部２５）の直ぐ外周側に位置し、且つ当該摩擦部材２８に沿うように配設されている。これによれば、コイル２６内部の磁界を極力強めることができることから、大きな減衰力を発生させることができると共に、減衰力を発生させるための消費電力を可及的に少なくしながらも所望の減衰効果を得ることができる。
【００３８】
摩擦部材２８は、多孔質状をなすと共に機能性流体を含浸保持することから、当該摩擦部材２８と被摩擦部との間に機能性流体を長期にわたり確実に保持せしめることができ、寿命を長く延ばすことができる。
【００３９】
サスペンション７において、シャフト２１を水槽３側に取付けると共にシリンダ２０を台板２ａ側に取付け、コイル２６を（ケース２４を介して）シリンダ２０側に設けた。これによれば、コイルをシャフト側（水槽３に連結される部材側）に設けた場合よりも、水槽３の振動によるコイル２６の加振を抑制できる。従って、コイル２６や引出線２６ａの断線を防止することができると共に、引出線２６ａの配線作業の簡単化を図ることができる。
【００４０】
コイル２６は、振動検出手段（加速度センサ１７ａ、１７ｂ）の検出信号に基づいて連動制御されるので、水槽３の振動特性に応じたきめ細やかな粘性の制御を行うことができ、所望の減衰効果を得ることができる。
また、本実施例の制御装置１５は、加速度センサ１７ａ、１７ｂの検出信号に基づき水槽３の速度を演算し、当該速度に応じて減衰係数を制御するように構成されている。これによれば、前述したアンバランスや共振時、或はモータ６が定常回転速度まで上昇した場合でも、水槽３の振幅を抑え且つ振動伝達率を小さくするように減衰力を制御することができ、洗濯機１に生じる騒音や振動を極力抑制することができる。
【００４１】
＜第２の実施例＞
図５は、本発明の第２の実施例を示すものであり、脱水運転におけるサスペンション７の制御に係るフローチャートである。以下、第１の実施例と異なる点につき説明する。
【００４２】
図５に示すように、脱水運転になると、制御装置１５はモータ６を起動させて（ステップＢ１）、ドラム４の回転を開始させ、その回転速度を定常回転速度まで上昇させる。ここで、制御装置１５は、回転速度検出部３７により検出された回転速度に基づいて（ステップＢ２）、前記共振回転速度領域か否かを判断し（ステップＢ３）、共振回転速度領域内にあると判断した場合には、サスペンション７の減衰比ζが大きくなるよう可変減衰係数Ｃｖを制御する（ステップＢ４）。この場合、コイル２６に対して可変減衰係数Ｃｖに応じた電流を流すことにより、大きな減衰作用を得て共振時の水槽３の振幅及び外箱２への振動伝達が抑制される。
【００４３】
一方、制御装置１５は、ステップＢ３で共振回転速度領域外にあると判断した場合には、サスペンション７の減衰比ζが小さくなるよう可変減衰係数Ｃｖを０に設定し（ステップＢ４）、コイル２６の通電を停止する（ステップＢ５）。これにより、サスペンション７において水槽３の振幅を抑制しながらも外箱２への振動伝達率を小さくすることがでる。
【００４４】
制御装置１４は、モータ６が定常回転速度に到達し、この定常回転速度を所定時間維持した後、モータ６を停止させる（ステップＢ７）こととなるが、脱水運転が終了するまで（ステップＢ６にてＹｅｓ、つまりモータ６が停止するまで）、共振回転速度領域ではステップＢ２，Ｂ３，Ｂ４が繰り返し実行され、共振回転速度領域外ではステップＢ２，Ｂ３，Ｂ５，Ｂ６が繰り返し実行される。そして、制御装置１４は、モータ６の停止により（ステップＢ７）、この制御を終了する。
尚、共振回転速度領域は、制御装置１５内部のメモリ（不揮発性記憶手段）に予め記憶されており、水槽３の振幅と外箱２への振動伝達率とを抑制すべく水槽３の振動特性に応じた値に設定されている。
【００４５】
前述のようにドラム４の回転速度と水槽３の振幅との間、及びドラム４の回転速度と外箱２への振動伝達率との間には何れも相関関係がある。従って、共振回転速度領域にあるか否かを判断し、その判断結果に応じて可変減衰係数Ｃｖを制御することで、水槽３の振幅と外箱２への振動伝達率との双方を抑制することができる。
【００４６】
尚、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
水槽３及びドラム４は横軸状のものであればよく、その中心軸線Ｃが水平を指向するものでもよい。また、本発明は、ヒートポンプ等の乾燥手段を備えたドラム式洗濯機に適用する等、ドラム式洗濯機全般に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例を示す、サスペンション全体の縦断面図
【図２】制御系の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）は振幅倍率と振動数比との関係を示す図、（ｂ）は振動伝達率と振動数比との関係を示す図
【図４】減衰力変更制御の内容を示すフローチャート
【図５】本発明の第２実施例を示すものであり、要旨に係る部分についての制御内容を示すフローチャート
【図６】ドラム式洗濯機の縦断側面図
【図７】第１の従来例を示すものであり、（ａ）は図１相当図、（ｂ）はピストンバルブ近傍部の拡大図
【図８】第２の従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
【００４８】
図面中、１はドラム式洗濯機、２は外箱、２ａは台板、３は水槽、４はドラム、７はサスペンション、１７ａ，１７ｂは加速度センサ（振動検出手段）、２０はシリンダ（軸受支持部材）、２１はシャフト、２１ｂは外周面（被摩擦部）、２３ａ，２３ｂは軸受、２６はコイル（粘性制御手段）、２８は摩擦部材である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラムを収容する水槽を防振支持するサスペンションを有したドラム式洗濯機において、
前記サスペンションは、
筒状をなす軸受支持部材と、
この軸受支持部材の内部に固定された軸受と、
この軸受に相対的に直線往復動可能に支持されたシャフトと、
このシャフトの外周に嵌合され、そのシャフトの前記直線往復動に抵抗する摩擦力を発生させて前記水槽の振幅を減衰させる筒状の摩擦部材とを具備し、
前記摩擦部材と当該摩擦部材に対向する被摩擦部との間に機能性流体を保持せしめると共に、前記摩擦部材の近傍に前記機能性流体の粘性を制御する粘性制御手段を設けたことを特徴とするドラム式洗濯機 。
【請求項２】
前記機能性流体は、電気的エネルギーの印加により粘性が変化する流体であって、磁気粘性流体または電気粘性流体からなることを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記摩擦部材は、多孔質状をなすと共に前記機能性流体を含浸保持することを特徴とする請求項１または２記載のドラム式洗濯機。
【請求項４】
前記水槽を収容し、且つ底部に台板を有する外箱を備え、
前記サスペンションにおいて、前記シャフトを前記水槽側に取付けると共に前記軸受支持部材を前記台板側に取付け、前記粘性制御手段を前記軸受支持部材側に設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のドラム式洗濯機。
【請求項５】
前記水槽に発生する振動を検出する振動検出手段を備え、
前記粘性制御手段は、前記振動検出手段の検出信号に基づいて連動制御されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のドラム式洗濯機。
【請求項１】
ドラムを収容する水槽を防振支持するサスペンションを有したドラム式洗濯機において、
前記サスペンションは、
筒状をなす軸受支持部材と、
この軸受支持部材の内部に固定された軸受と、
この軸受に相対的に直線往復動可能に支持されたシャフトと、
このシャフトの外周に嵌合され、そのシャフトの前記直線往復動に抵抗する摩擦力を発生させて前記水槽の振幅を減衰させる筒状の摩擦部材とを具備し、
前記摩擦部材と当該摩擦部材に対向する被摩擦部との間に機能性流体を保持せしめると共に、前記摩擦部材の近傍に前記機能性流体の粘性を制御する粘性制御手段を設けたことを特徴とするドラム式洗濯機 。
【請求項２】
前記機能性流体は、電気的エネルギーの印加により粘性が変化する流体であって、磁気粘性流体または電気粘性流体からなることを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記摩擦部材は、多孔質状をなすと共に前記機能性流体を含浸保持することを特徴とする請求項１または２記載のドラム式洗濯機。
【請求項４】
前記水槽を収容し、且つ底部に台板を有する外箱を備え、
前記サスペンションにおいて、前記シャフトを前記水槽側に取付けると共に前記軸受支持部材を前記台板側に取付け、前記粘性制御手段を前記軸受支持部材側に設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のドラム式洗濯機。
【請求項５】
前記水槽に発生する振動を検出する振動検出手段を備え、
前記粘性制御手段は、前記振動検出手段の検出信号に基づいて連動制御されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のドラム式洗濯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０４５７８（Ｐ２０１０−１０４５７８Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７９７９７（Ｐ２００８−２７９７９７）
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０２２８５６６４）東芝コンシューマエレクトロニクス・ホールディングス株式会社 (2,480)
【出願人】（５０３３７６５１８）東芝ホームアプライアンス株式会社 (2,436)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０２２８５６６４）東芝コンシューマエレクトロニクス・ホールディングス株式会社 (2,480)
【出願人】（５０３３７６５１８）東芝ホームアプライアンス株式会社 (2,436)
【Ｆターム（参考）】
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