JP2013126436A - ボールバランサおよび洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール保持位置に保持されているボールの割合を向上させ、ボール保持位置に保持されていないボールによるアンバランスの助長を低減する。
【解決手段】回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも低い場合、ボール保持部(105)は、転動面(103b)から入り込んだボール(BB)を保持するとともに、ボール保持部(105)に保持されている保持ボールをボール保持部(105)に保持されていない非保持ボールに接触させることにより非保持ボールの転動面(103b)からの離脱を阻止する。また、離脱阻止部(106)は、ボール保持部(105)に保持されていない非保持ボールに接触することにより非保持ボールの転動面(103)からの離脱を阻止する。回転体の回転速度が第１の回転速度よりも高い場合、ボール保持部(105)は、ボール保持部(105)に保持されているボール(BB)をボール(BB)に作用する遠心力により転動面(103)へ離脱させる。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転体の重心と回転中心との間のずれを補正するバランサ装置に関し、さらに詳しくは、ボールバランサに関する。

従来より、回転系の振動や騒音の原因となるアンバランス（回転体の重心と回転中心との間のずれ）を補正する装置として、ボールバランサが知られている。一般的に、ボールバランサは、内部中空の円環状のレース部材と、レース部材の内部に移動可能に収容された複数のボールとを備えている。また、ボールバランサは、回転体の回転軸と同心になるように回転体に設けられ、回転体とともに回転する。回転体の回転速度が共振回転速度（回転系の一次共振が発生する回転速度）よりも高くなると、ボールが、回転体のアンバランス重量に対向する位置に移動する。これにより、アンバランスが補正される。このようなボールバランサは、例えば、洗濯機の回転槽の内部における衣類の偏りにより発生するアンバランスを補正するために、洗濯槽の回転槽に設けられている。なお、ボールバランサは、洗濯機の回転槽だけでなく、遠心分離機やディスク駆動装置のような回転機械の回転体にも設けられている。

しかしながら、回転体の回転速度が共振回転速度よりも低い場合、ボールが、アンバランス重量に対向する位置ではなく、アンバランス重量の位置に移動してしまう。その結果、アンバランスが助長されることになる。この対応策として、特許文献１には、バランス装置の下部に複数の溝（ボール保持位置）を設け、脱水槽が脱水槽支持系の固有振動数よりも高い回転速度で回転したときにバランス錘り（ボール）が遠心力により溝から転がり出るように、溝の外周内側壁の傾斜角度を決定することが開示されている。特許文献１のバランス装置では、脱水槽の回転速度が固有振動数よりも高い場合に、遠心力によってバランス錘りを溝から離脱させてバランス装置の上部に移動させ、脱水槽の回転速度が固有振動数よりも低い場合に、バランス錘りを溝に収納することによりアンバランスの助長を抑制している。

また、特許文献２には、洗濯槽に設けられた重錘案内管の内部に傾斜面を設け、洗濯槽が共振回転速度以下のときに傾斜面とこの傾斜面に対向する側壁との間の隙間（ボール保持位置）により重錘（ボール）を狭持し、洗濯槽が共振回転速度に達したときに遠心力により重錘が傾斜面を上昇する脱水洗濯機が開示されている。特許文献３には、環状室に球体（ボール）および液体を収容し、環状室の底部（ボール保持位置）に球体が位置し、回転槽が共振点以上の回転速度で回転した場合に、遠心力により球体が環状室の底部から環状室の外周壁の傾斜面を上昇するバランサが開示されている。

特開昭５４−１２０９５７号公報 特開昭４９−１０５６３号公報 特開昭５９−１８３８４６号公報

しかしながら、従来技術では、回転体の回転速度が共振回転速度（回転系の一次共振が発生する回転数）よりも低くなると、重力によってボールがボール保持位置へ向けて移動し始めるが、ボール保持位置に保持されていないボール（非保持ボール）が、ボール保持位置に既に保持されている別のボール（保持ボール）に接触して、ボール保持位置に保持されないまま停止してしまうことがある。この場合、非保持ボールには重力が作用しているので、非保持ボールを別のボール保持位置へ移動させることが困難であった。例えば、特許文献１には、脱水槽の振動によりボールを移動させることが記載されているが、脱水槽の振動によって発生する力（レース部材の周方向にボールを移動させようとする力）よりもボールに作用する重力のほうが大きいので、非保持ボールを移動させることができない。このように、非保持ボールを周方向に分散させることができないので、ボール保持位置に保持されているボールの割合（ボール保持率）を向上させることができない。そのため、非保持ボールによるアンバランスの助長を低減することが困難であった。

そこで、この発明は、ボール保持率を向上させることができ、非保持ボールによるアンバランスの助長を低減できるボールバランサを提供することを目的とする。

この発明の１つの局面に従うと、ボールバランサは、回転軸を中心に回転可能な回転体に設けられるボールバランサであって、内部中空の円環状のレース部材と、上記レース部材の中空部に移動可能に収容された複数のボールとを備えている。上記レース部材の中空部は、上記回転軸を中心とする円管状の内周壁および外周壁と、該内周壁および該外周壁の下端部および上端部をそれぞれ連結する円環状の底壁および上壁とによって構成されている。上記底壁の内面は、上記内周壁に繋がる内周縁部と、該内周縁部と上記外周壁とを連結する転動面によって構成されている。上記底壁の内面の内周縁部には、上記レース部材の周方向に所定の間隔で配置された複数のボール保持部と、上記複数のボール保持部の間にそれぞれ配置された複数の離脱阻止部とが形成されている。上記転動面は、上記回転体の回転速度が回転系の一次共振が発生する第１の回転速度よりも低い第２の回転速度よりも高い場合に、上記ボールが該ボールに作用する遠心力により上記外周壁へ向けて移動するように、上記底壁の内面の内周縁部から上記外周壁へ向けて上方傾斜している。上記複数のボール保持部の各々は、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも低い場合に、上記転動面から該ボール保持部に入り込んだボールを保持するとともに、該ボール保持部に保持されている保持ボールを該ボール保持部に保持されていない非保持ボールに接触させることにより該非保持ボールの上記転動面からの離脱を阻止し、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも高い場合に、該ボール保持部に保持されている保持ボールを該保持ボールに作用する遠心力により上記転動面へ離脱させるように構成されている。上記複数の離脱阻止部の各々は、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも低い場合に、上記ボール保持部に保持されていない非保持ボールに接触することにより該非保持ボールの上記転動面からの離脱を阻止するように構成されている。

上記ボールバランサでは、回転体の回転速度が第１の回転速度よりも低い場合において、ボール保持部に保持されていないボール（非保持ボール）を転動面上に配置することができる。これにより、第１の回転速度を超えない範囲内で回転体の回転速度を変化させることにより、非保持ボールに作用する遠心力および重力により転動面上において非保持ボールを移動させることができるので、非保持ボールをレース部材の周方向に分散させることが可能となる。したがって、ボール保持部に保持されていないボール（非保持ボール）を、ボールを保持していないボール保持部へ移動させやすくすることができるので、ボール保持部に保持されているボールの割合（ボール保持率）を向上させることができる。その結果、非保持ボールによるアンバランスの助長を低減できる。

なお、上記複数のボール保持部は、複数の凹部によってそれぞれ構成されていても良い。

また、上記複数の凹部の各々の径方向外側の側面は、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも高い場合に、該凹部に保持されているボールが該ボールに作用する遠心力により該凹部の径方向外側の側面上を移動して上記転動面へ離脱するように、該凹部の底部から上記転動面の内周縁へ向けて上記転動面よりも急峻に上方傾斜していても良い。さらに、上記複数の凹部の各々の深さは、該凹部に保持されていない非保持ボールが上記転動面に接触しながら該凹部に保持されている保持ボールに接触する深さとなっていても良い。このように構成することにより、回転体の回転速度が第１の回転速度よりも低い場合に、転動面から凹部に入り込んだボールを保持することができ、回転体の回転速度が第１の回転速度よりも高い場合に、凹部に保持されている保持ボールをその保持ボールに作用する遠心力により転動面へ離脱させることができる。さらに、回転体の回転速度が第１の回転速度よりも低い場合に、保持ボールを非保持ボールに接触させて、非保持ボールの転動面からの離脱を阻止することができる。

また、上記複数の凹部の各々の深さは、該凹部に保持されている保持ボールの上端部が該凹部から突出するとともに該凹部に保持されていない非保持ボールが該凹部の上端よりも上方において該保持ボールに接触する深さとなっていても良い。このように構成することにより、非保持ボールを転動面に接触させながら保持ボールに接触させることができる。

なお、上記複数の離脱阻止部は、複数の凸部によってそれぞれ構成されていても良い。

また、上記複数の凸部の各々は、上記非保持ボールが上記転動面に接触しながら該凸部の径方向外側の側面に接触するように構成されていても良い。このように構成することにより、回転体の回転速度が第１の回転速度よりも低い場合に、凸部の径方向外側の側面に非保持ボールを接触させて、非保持ボールの転動面からの離脱を阻止することができる。

また、上記転動面の内周縁から上記複数の凸部の各々の径方向外側の側面までの径方向距離は、上記ボールの半径よりも短くなっていても良い。このように構成することにより、非保持ボールを転動面に接触させながら凸部の径方向外側の側面に接触させることができる。

さらに、上記複数の凸部の各々は、該凸部の径方向外側の側面のうち周縁を除く部分に上記非保持ボールが接触するように構成されていても良い。このように構成することにより、非保持ボールの転がり抵抗を低減することができる。これにより、非保持ボールをレース部材の周方向に分散させやすくすることができるので、ボール保持率をさらに向上させることができる。

また、上記複数の凸部の各々の径方向外側の側面の回転軸方向幅は、上記ボールの半径よりも長くなっていても良い。このように構成することにより、凸部の径方向外側の側面のうち周縁を除く部分に非保持ボールを接触させることができる。

なお、上記回転体は、上記第１の回転速度よりも高い回転速度で回転する高速回転モードと、上記第１の回転速度を超えない範囲内で回転速度を変化させる変速回転モードとを切替可能であっても良い。このように構成することにより、変速回転モードの場合に、ボールに作用する遠心力および重力によりボールを移動させることができる。

以上のように、ボール保持位置に保持されているボールの割合（ボール保持率）を向上させることができ、ボール保持位置に保持されていないボール（非保持ボール）によるアンバランスの助長を低減できる。

ボールバランサを備える洗濯機の構成例を示す断面図。 回転速度の制御について説明するためのグラフ。 ボールバランサの概略構成を示す見取り図。 ボールバランサの構成例の一部を示す平面図。 ボールバランサの構成例の一部を示す断面図。 凹部および凸部の形状の具体例について説明するための断面図。 ボールバランサの動作について説明するための平面図。 ボールバランサの動作について説明するための平面図。 ボールバランサの動作について説明するための平面図。 ボールに作用する遠心力および重力について説明するための断面図。 ボール保持率について説明するためのグラフ。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。

（洗濯機）
図１は、ボールバランサが設けられる洗濯機の構成例を示す。この洗濯機は、ボールバランサ１と、外筐４１と、外槽４２と、弾性吊持構造４３と、回転槽４４と、攪拌翼４５と、モータ４６と、制御装置４７とを備えている。外槽４２は、外筐４１の内部に配設されて弾性吊持構造４３により支持されている。回転槽４４は、外槽４２の内部に配設されている。回転槽４４は、回転軸４０を中心に回転可能な回転体である。ボールバランサ１は、回転槽４４の回転軸４０と同心になるように回転槽４４に設けられている。回転槽４４が回転すると、ボールバランサ１も回転軸４０を中心に回転する。攪拌翼４５は、回転槽４４の内部に配設されている。モータ４６は、外槽４２の下方に配設され、制御装置４７による制御に応答して回転槽４４および攪拌翼４５を回転させる。制御装置４７は、洗濯機の運転工程の管理やモータ４６の回転速度の制御などを実行する。なお、ボールバランサ１は、回転槽４４の上端部に設けられていても良いし、回転槽４４の中央部または下端部に設けられていても良い。また、回転槽４４に複数のボールバランサが設けられていても良い。

例えば、制御装置４７は、給水工程，洗い工程，中間脱水工程，すすぎ工程，最終脱水工程の順番で洗濯機が運転するように制御する。また、制御装置４７は、洗い工程およびすすぎ工程では、回転槽４４を停止させた状態で攪拌翼４５が回転するようにモータ４６を制御し、給水工程および脱水工程（中間脱水工程および最終脱水工程）では、攪拌翼４５とともに回転槽４４が回転するようにモータ４６を制御する。ここでは、回転槽４４は、中間脱水工程および最終脱水工程では、回転系の一次共振が発生する回転速度ω１よりも高い回転速度で回転するように制御され、給水工程では、回転速度が図２のように変化するように制御される。詳しく説明すると、給水工程では、回転槽４４の回転速度は、回転速度ω１を超えない範囲内で変化している。すなわち、回転槽４４は、回転速度ω１よりも高い回転速度で回転する高速回転モードと、回転速度ω１を超えない範囲内で回転速度を変化させる変速回転モードとを切替可能である。

なお、制御装置４７は、脱水工程の直前に回転槽４４が変速回転モードで動作するように制御しても良いし、脱水工程の直後に回転槽４４が変速回転モードで動作するように制御しても良いし、脱水工程内において回転槽４４が高速回転モードで動作した後に変速回転モードで動作するように制御しても良い。また、回転槽４４の回転速度の変化範囲の下限値は、図２のように「０」であっても良いし、０よりも高く回転速度ω１よりも低い回転速度であっても良い。すなわち、回転槽４４は、変速回転モードにおいて停止せずに回転し続けるものであっても良い。

（ボールバランサ）
図３は、ボールバランサ１の概略構成を示している。ボールバランサ１は、内部中空の円環状のレース部材１０と、レース部材１０の中空部１００に移動可能に収容された複数のボールＢＢ，ＢＢ，…，ＢＢとを備えている。レース部材１０の中空部１００は、回転軸を中心とする円管状の内周壁１１および外周壁１２と、内周壁１１および外周壁１２の下端部および上端部をそれぞれ連結する底壁１３および上壁１４とによって形成されている。詳しく説明すると、中空部１００は、内周壁内面１０１（内周壁１１の内面），外周壁内面１０２（外周壁１２の内面），底壁内面１０３（底壁１３の内面），上壁内面１０４（上壁１４の内面）に囲まれている。なお、中空部１００には、複数のボールＢＢ，ＢＢ，…，ＢＢとともにオイルが収容されていても良い。

次に、図４，図５Ａ，図５Ｂを参照して、ボールバランサ１の構成例について詳しく説明する。図４は、レース部材１０の一部を示し、図５Ａ，図５Ｂは、それぞれ、図４に示したレース部材１０のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線における断面を示している。ボールバランサ１では、レース部材１０の全周に渡って、以下のような構成が形成されている。

〔底壁〕
底壁内面１０３は、内周壁１１に繋がる内周縁部１０３ａと、内周縁部１０３ａと外周壁１２とを連結する転動面１０３ｂによって構成されている。底壁内面１０３の内周縁部１０３ａには、複数の凹部１０５，１０５，…，１０５（複数のボール保持部）と、複数の凸部１０６，１０６，…，１０６（複数の離脱阻止部）とが形成されている。

〈転動面〉
転動面１０３ｂは、回転体の回転速度が回転速度ω２（回転速度ω１よりも低い回転速度）よりも高い場合に、ボールＢＢに作用する遠心力によりボールＢＢが外周壁１２へ向けて移動するように、底壁内面１０３の内周縁部１０３ａから外周壁１２へ向けて上方傾斜している。ここでは、内周縁部１０３ａおよび転動面１０３ｂは、レース部材１０の上面から見た場合に円環状（詳しくは、回転軸を中心とする円環状）となっている。

〈凹部〉
凹部１０５，１０５，…，１０５は、レース部材１０の周方向に所定の間隔で配置されている。また、凹部１０５，１０５，…，１０５は、互いに同一の形状を有している。凹部１０５は、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも低い場合（または、回転体の回転速度が回転速度ω１と等しい場合）に、転動面１０３ｂから凹部１０５に入り込んだボールＢＢを保持するように構成されている。また、凹部１０５は、凹部１０５に保持されているボールＢＢ（保持ボールＢＢ１）を凹部１０５に保持されていないボールＢＢ（非保持ボールＢＢ２）に接触させることにより、非保持ボールＢＢ２の転動面１０３ｂからの離脱を阻止するように構成されている。さらに、凹部１０５は、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも高い場合に、凹部１０５に保持されているボールＢＢ（保持ボールＢＢ１）を保持ボールＢＢ１に作用する遠心力により転動面１０３ｂへ離脱させるように構成されている。

《凹部の径方向外側の側面》
凹部１０５の径方向外側の側面１０５ａ（以下、凹部側面１０５ａと表記）は、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも高い場合に、凹部１０５に保持されているボールＢＢ（保持ボールＢＢ１）が保持ボールＢＢ１に作用する遠心力により凹部側面１０５ａ上を移動して転動面１０３ｂへ離脱するように、凹部１０５の底部（ここでは、凹部底面１０５ｂ）から転動面１０３ｂの内周縁へ向けて転動面１０３ｂよりも急峻に上方傾斜していることが好ましい。このように構成することにより、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも低い場合に、転動面１０３ｂから凹部１０５に入り込んだボールＢＢを保持することができるとともに、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも高い場合に、保持ボールＢＢ１に作用する遠心力により保持ボールＢＢ１を転動面１０３ｂへ離脱させることができる。

《凹部の深さ》
凹部１０５の深さは、非保持ボールＢＢ２が転動面１０３ｂに接触しながら保持ボールＢＢ１に接触する深さとなっていることが好ましい。このように構成することにより、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも低い場合に、保持ボールＢＢ１を非保持ボールＢＢ２に接触させて、非保持ボールＢＢ２の転動面１０３ｂからの離脱を阻止することができる。

さらに詳しくは、凹部１０５の深さは、保持ボールＢＢ１の上端部が凹部１０５から突出するとともに非保持ボールＢＢ２が凹部１０５の上端よりも上方において保持ボールＢＢ１に接触する深さとなっていることが好ましい。このように構成することにより、非保持ボールＢＢ２を転動面１０３ｂに接触させながら保持ボールＢＢ１に接触させることができる。

ここでは、凹部１０５は、レース部材１０の上面から見た場合に概ね矩形状となっている。また、凹部１０５の径方向内側の側面は、内周壁内面１０１に連結されている。すなわち、凹部１０５の径方向内側の側面は、内周壁内面１０１によって構成されている。なお、凹部側面１０５ａおよび凹部底面１０５ｂの外周縁は、レース部材１０の上面から見た場合に円弧状（詳しくは、回転軸を中心とする円弧状）となっていることが好ましい。

〈凸部〉
複数の凸部１０６，１０６，…，１０６は、複数の凹部１０５，１０５，…，１０５の間にそれぞれ配置されている。複数の凸部１０６，１０６，…，１０６は、互いに同一の形状を有している。凸部１０６は、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも低い場合（または、回転体の回転速度が回転速度ω１と等しい場合）に、凹部１０５に保持されていないボールＢＢ（非保持ボールＢＢ３）に接触することにより、非保持ボールＢＢ３の転動面１０３ｂからの離脱を阻止するように構成されている。

《凸部の径方向幅》
凸部１０６は、非保持ボールＢＢ３が転動面１０３ｂに接触しながら凸部１０６の径方向外側の側面１０６ａ（以下、凸部側面１０６ａと表記）に接触するように構成されていることが好ましい。このように構成することにより、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも低い場合に、凸部側面１０６ａに非保持ボールＢＢ３を接触させて、非保持ボールＢＢ３の転動面１０３ｂからの離脱を阻止することができる。

さらに詳しくは、転動面１０３ｂの内周縁から凸部側面１０６ａまでの径方向距離（レース部材１０の径方向の距離、図５Ａ，図５Ｂでは、左右方向の距離）は、ボールＢＢの半径よりも短くなっていることが好ましい。このように構成することにより、非保持ボールＢＢ３を転動面１０３ｂに接触させながら凸部側面１０６ａに接触させることができる。

《凸部の回転軸方向幅》
また、凸部１０６は、凸部側面１０６ａのうち周縁を除く部分に非保持ボールＢＢ３が接触するように構成されていることが好ましい。このように構成することにより、凸部側面１０６ａの周縁（すなわち、凸部１０６の角）に非保持ボールＢＢ３が接触しないようにすることができる。

さらに詳しくは、凸部側面１０６ａの回転軸方向幅（回転軸４０の方向の幅、図５Ａ，図５Ｂでは、上下方向）は、ボールＢＢの半径よりも長くなっていることが好ましい。このように構成することにより、凸部側面１０６ａのうち周縁を除く部分に非保持ボールＢＢ３を接触させることができる。

ここでは、凸部１０６は、レース部材１０の上面から見た場合に概ね矩形状となっている。凸部側面１０６ａと転動面１０３ｂの内周縁との間には、平坦面１０６ｂが形成されている。平坦面１０６ｂは、回転軸に直交する回転面に対して平行となっている。凸部１０６の径方向内側の側面は、内周壁内面１０１に連結され、凸部１０６の周方向の両側面は、隣接する凹部１０５，１０５の周方向の側面と面一となっている。なお、凸部側面１０６ａは、レース部材１０の上面から見た場合に円弧状（詳しくは、回転軸を中心とする円弧状）となっていることが好ましい。

〔内周壁および外周壁〕
ここでは、内周壁内面１０１は、回転軸に直交する回転面に対して垂直（または、ほぼ垂直）となっている。また、外周壁内面１０２は、転動面１０３ｂの外周縁に繋がる下端面１０２ａと、下端面１０２ａに繋がる上端面１０２ｂとによって構成されている。下端面１０２ａは、円弧状の曲面となっている。すなわち、下端面１０２ａの周方向の断面形状は、転動面１０３ｂの外周円から上端面１０２ｂへ向けて傾斜角度（回転軸に直交する回転面に対する傾斜角度）が増加する曲線となっている。上端面１０２ｂは、回転軸に直交する回転面に対して垂直（または、ほぼ垂直）となっている。

〔凹部および凸部の形状〕
次に、図６Ａ，図６Ｂを参照して、凹部１０５および凸部１０６の形状の具体例について説明する。ここでは、凹部１０５に保持されたＢＢ（保持ボールＢＢ１）は、凹部側面１０５ａ，凹部底面１０５ｂ，および内周壁内面１０１に接触している。また、回転軸に直交する回転面に対する傾斜角度を比較すると、凹部側面１０５ａの傾斜角度θ２は、転動面１０３ｂの傾斜角度θ１よりも高くなっている。さらに、以下の説明では、
Ｒ：ボールＢＢの半径
Ｗ₀：凹部１０５の開口端の径方向幅
Ｗ₁：凸部１０６の径方向幅
Ｗ₂：凹部底面１０５ｂの径方向幅
Ｄ：凹部１０５の深さ
Ｈ：凸部１０６の高さ
Ｘ₁：ボール接触点Ｑ₂の距離
Ｙ₁：ボール接触点Ｑ₂の高さ
であるものとする。詳しく説明すると、次の通りである。

凹部の開口端の径方向幅Ｗ₀は、凹部側面１０５ａと転動面１０３ｂとの連結部（すなわち、転動面１０３ｂの内周縁、図６Ａ，図６Ｂでは、交点Ｐ₁）から内周壁内面１０１までの径方向距離（図６Ａ，図６Ｂでは、左右方向の距離）を示している。凹部の深さＤは、凹部底面１０５ｂから交点Ｐ₁までの回転軸方向距離（図６Ａ，図６Ｂでは、上下方向の距離）を示している。

凸部の径方向幅Ｗ₁は、凸部側面１０６ａから内周壁内面１０１までの径方向距離を示している。凸部１０６の高さＨは、凸部１０６の径方向外側の側面１０６の回転軸方向幅（図６Ａ，図６Ｂでは、上下方向の幅）を示している。

ボール接触点の距離Ｘ₁は、ボールＢＢ１の中心Ｏ₁からボールＢＢ１とボールＢＢ２との接触点Ｑ₂までの径方向距離を示している。ボール接触点の高さＹ₁は、凹部１０５に保持されたボールＢＢ１の中心Ｏ₁から接触点Ｑ₂までの回転軸方向距離を示している。

〈凸部の径方向幅〉
凸部の径方向幅Ｗ₁は、次の数式１を満たすように形成されていることが好ましい。

ここで、凹部１０５の開口端の径方向幅Ｗ₀は、次の数式２のように表現できる。

数式２を数式１に代入すると、凸部の径方向幅Ｗ₁は、次の数式３のようになる。

このように構成することにより、非保持ボールＢＢ３の中心Ｏ₃を交点Ｐ₁よりも径方向外側に配置することができ、非保持ボールＢＢ３の接触点Ｑ₃を転動面１０３ｂ上に配置することができる。すなわち、非保持ボールＢＢ３を転動面１０３ｂに接触させながら凸部１０６に接触させて停止させることができる。

〈凸部の高さ〉
凸部の高さＨは、次の数式４を満たすように形成されていることが好ましい。

このように構成することにより、非保持ボールＢＢ３の接触点Ｑ₄を凸部側面１０６ａのうち周縁（凸部１０６の角）を除く部分に配置することができる。すなわち、凸部側面１０６ａのうち周縁（凸部１０６の角）を除く部分に非保持ボールＢＢ３を接触させることができる。

〈凹部の深さ〉
凹部の深さＤは、次の数式５となるように形成されていることが好ましい。

ボール接触点の距離Ｘ₁とボール接触点の高さＹ₁との間には、次の数式６が成立する。

ここでは、ボール接触点の距離Ｘ₁は、次の数式７のように表現できる。

数式７を数式６に代入すると、ボール接触点の高さＹ₁は、次の数式８のようになる。

数式８を数式５に代入すると、凹部の深さＤは、次の数式９のようになる。

このように構成することにより、回転軸方向において、保持ボールＢＢ１の上端部を交点Ｐ₁よりも上方に配置することができるとともに、保持ボールＢＢ１と非保持ボールＢＢ２との接触点Ｑ₂を交点Ｐ₁よりも上方に配置することができる。これにより、非保持ボールＢＢ２の接触点Ｑ₁を転動面１０３ｂ上に配置することができる。すなわち、保持ボールＢＢ１の上端部を凹部１０５から突出させるとともに、非保持ボールＢＢ２を凹部１０５の上端よりも上方において保持ボールＢＢ１に接触させることにより、非保持ボールＢＢ２を転動面１０３ｂに接触させた状態で停止させることができる。

〔動作〕
次に、図７〜図９を参照して、ボールバランサ１の動作について説明する。なお、回転体の回転速度は、図２のように変化するものとする。ここでは、３つのボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６を例に挙げて説明する。

回転体の回転速度が回転速度ω１よりも高い場合、図７のように、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６に作用する遠心力によって、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６は、外周壁内面１０２に接触している。

次に、回転体の回転速度が低下して回転速度ω１よりも低くなると、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６に作用する重力によって、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６は、回転体の回転速度の低下に伴い、底壁内面１０３の内周縁部１０３ａへ向けて転動面１０３ｂ上を移動していく。なお、回転体の回転速度の変化により、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６には、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６をレース部材１０の周方向に移動させようとする力が作用する。したがって、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６は、レース部材１０の周方向に移動しながら底壁内面１０３の内周縁部１０３ａへ向けて転動面１０３ｂ上を下降していくことになる。

次に、回転体の回転速度が低下して回転速度ω２よりも低くなると、図８のように、ボールＢＢ４は、凹部１０５に到達して凹部１０５に保持されて停止する。一方、ボールＢＢ５も、凹部１０５へ向けて移動するが、凹部１０５にはボールＢＢ４が既に保持されている。したがって、ボールＢＢ５は、凹部１０５に保持されているボールＢＢ４に接触して転動面１０３ｂ上で停止する。また、ボールＢＢ６は、凸部１０６へ向けて移動し、凸部１０６に接触して転動面１０３ｂ上で停止する。

次に、回転体の回転速度が上昇して回転速度ω２よりも高くなると、ボールＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６に作用する遠心力によって、ボールＢＢ５，ＢＢ６は、回転体の回転速度の上昇に伴い、転動面１０３ｂの外周縁へ向けて転動面１０３ｂ上を移動していく。この場合も、回転体の回転速度の変化により、ボールＢＢ５，ＢＢ６には、ボールＢＢ５，ＢＢ６をレース部材１０の周方向に移動させようとする力が作用する。したがって、図９のように、ボールＢＢ５，ＢＢ６は、レース部材１０の周方向に移動しながら底壁内面１０３の外周縁へ向けて転動面１０３ｂ上を上昇していくことになる。なお、ボールＢＢ４は、凹部１０５に保持されているので、回転体の回転速度が上昇しても移動しない。

このような動作を繰り返すことにより、ボールＢＢ，ＢＢ，…ＢＢは、レース部材１０の周方向に分散していき、凹部１０５，１０５，…，１０５にそれぞれ保持されるようになる。

〔遠心力および重力〕
次に、図１０Ａ，図１０Ｂを参照して、ボールＢＢに作用する遠心力および重力について説明する。図１０Ａは、ボールＢＢ２が傾斜角度θ１の転動面１０３ｂに接触しながら凹部１０５に保持されたボールＢＢ１に接触して停止している場合を示している。図１０Ｂは、ボールＢＢ２が傾斜角度θ２の傾斜面２０５ａに接触しながら凹部２０５に保持されたボールＢＢ１に接触して停止している場合を示している。傾斜角度θ₁は、傾斜角度θ₂よりも小さくなっている。

なお、以下の説明では、
ｍ：ボールＢＢ２の質量
Ｒ：ボールＢＢの半径
ω：回転体の回転速度
ｇ：重力加速度
θ：ボールＢＢ２が接触している傾斜面の傾斜角度
であるものとする。また、説明の便宜上、ボールＢＢ２に作用する遠心力ＣＦ１，ＣＦ２の総称を「遠心力ＣＦ」と表記し、ボールＢＢ２に作用する重力ＧＦ１，ＧＦ２の総称を「重力ＧＦ」と表記する。

ボールＢＢ２に作用する遠心力ＣＦは、次の数式１０のように表現できる。

ボールＢＢ２に作用する重力ＧＦは、次の数式１１のように表現できる。

ボールＢＢ２が重力に逆らって傾斜面（転動面１０３ｂ、または、傾斜面２０５ａ）を上昇するときの条件は、次の数式１２のように表現できる。

ここで、転動面１０３ａの傾斜角度θ２は、傾斜面２０５ａの傾斜角度θ１よりも小さいので、遠心力ＣＦ１は、遠心力ＣＦ２よりも大きくなり、重力ＧＦ１は、重力ＣＦ２よりも小さくなる。すなわち、図１０Ａのように転動面１０３ｂに接触させた状態でボールＢＢ２を停止させることにより、図１０Ｂのように傾斜面２０５ａに接触させた状態でボールＢＢ２を停止させる場合よりも、ボールＢＢ２が重力に逆らって傾斜面を上昇することを容易にできる。

また、数式１２より、ボールＢＢ２が重力に逆らって傾斜面を上昇するために必要な回転速度ωは、次の数式１３のように表現できる。

数式１３より、図１０Ａのように転動面１０３ｂに接触させた状態でボールＢＢ２を停止させることにより、図１０Ｂのように傾斜面２０５ａに接触させた状態でボールＢＢ２を停止させる場合よりも、ボールＢＢ２が重力に逆らって傾斜面を上昇するために必要な回転速度ωを低減できることがわかる。

〔効果〕
以上のように、回転体の回転速度が回転速度ω１よりも低い場合において、凹部１０５に保持されていないボールＢＢ（非保持ボール）を転動面１０３ｂ上に配置することができる。これにより、回転速度ω１を超えない範囲内で回転体の回転速度を変化させることにより、非保持ボールに作用する遠心力および重力により転動面１０３ｂにおいて非保持ボールを移動させることができるので、非保持ボールをレース部材１０の周方向に分散させることが可能となる。したがって、凹部１０５に保持されていないボールＢＢ（非保持ボール）を、ボールＢＢを保持していない凹部１０５へ移動させやすくすることができるので、凹部１０５に保持されているボールＢＢの割合（ボール保持率）を向上させることができる。その結果、非保持ボールによるアンバランスの助長を低減できる。

ここで、図１１を参照して、ボール保持率の向上について説明する。図１１は、回転速度の変化回数（回転体の回転速度を変化させる回数）とボール保持率（ボール保持位置に保持されているボールの割合）との関係を示している。図１１において、黒丸印は、図３〜図５に示した構成がレース部材１０の全周に渡って形成されている場合（すなわち、この実施形態によるボールバランサ１）の測定結果を示し、×印は、レース部材１０に凸部１０６，１０６，…，１０６を設けない場合（すなわち、平坦面１０６ｂ，１０６ｂ，…，１０６ｂが転動面１０３ｂの内周縁から内周壁内面１０１までそれぞれ延びている場合）の測定結果を示している。図１１のように、図３〜図５に示した構成をレース部材１０の全周に渡って形成することにより、レース部材１０に凸部１０６，１０６，…，１０６を設けない場合よりも、ボール保持率を向上させることができる。

また、凸部側面１０６ａのうち周縁（凸部１０６の角）を除く部分に非保持ボールＢＢ３が接触するように凸部１０６を構成することにより、凸部側面１０６ａの周縁に非保持ボールＢＢ３が接触している場合よりも、非保持ボールＢＢ３の転がり抵抗を低減することができる。これにより、非保持ボールをレース部材１０の周方向に分散させやすくすることができるので、ボール保持率をさらに向上させることができる。

また、レース部材１０の上面から見た場合に円弧状（特に、回転軸を中心とする円弧状）になるように、凹部側面１０５ａおよび凹部底面１０５ｂの外周縁を構成することにより、ボールＢＢを凹部１０５に入り込ませやすくすることができる。これにより、ボール保持率をさらに向上させることができる。

さらに、レース部材１０の上面から見た場合に円弧状（特に、回転軸を中心とする円弧状）になるように、凸部側面１０６ａを構成することにより、非保持ボールをレース部材１０の周方向に分散させやすくすることができる。これにより、ボール保持率をさらに向上させることができる。

（その他の実施形態）
以上の実施形態では、ボールバランサが洗濯機の回転槽に設けられている場合を例に挙げて説明したが、ボールバランサは、遠心分離機やディスク駆動装置のような回転機械の回転体（回転軸を中心に回転可能な回転体）に設けられていても良い。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、上述のボールバランサは、ボール保持部に保持されているボールの割合（ボール保持率）を向上させることができ、非保持ボールによるアンバランスの助長を低減できるので、洗濯機，遠心分離機，ディスク駆動装置のような回転機械などに有用である。

１ ボールバランサ
ＢＢ ボール
１０ レース部材
１１ 内周壁
１２ 外周壁
１３ 底壁
１４ 上壁
１００ 中空部
１０１ 内周壁の内面
１０２ 外周壁の内面
１０３ 底壁の内面
１０３ａ 内周縁部
１０３ｂ 転動面
１０４ 上壁の内面
１０５ 凹部（ボール保持部）
１０５ａ 凹部の径方向外側の側面
１０５ｂ 凹部の底面
１０６ 凸部（離脱阻止部）
１０６ａ 凸部の径方向外側の側面

Claims (11)

1. 回転軸を中心に回転可能な回転体に設けられるボールバランサであって、
   内部中空の円環状のレース部材と、
   上記レース部材の中空部に移動可能に収容された複数のボールとを備え、
   上記レース部材の中空部は、上記回転軸を中心とする円管状の内周壁および外周壁と、該内周壁および該外周壁の下端部および上端部をそれぞれ連結する円環状の底壁および上壁とによって構成され、
   上記底壁の内面は、上記内周壁に繋がる内周縁部と、該内周縁部と上記外周壁とを連結する転動面によって構成され、
   上記底壁の内面の内周縁部には、上記レース部材の周方向に所定の間隔で配置された複数のボール保持部と、上記複数のボール保持部の間にそれぞれ配置された複数の離脱阻止部とが形成され、
   上記転動面は、上記回転体の回転速度が回転系の一次共振が発生する第１の回転速度よりも低い第２の回転速度よりも高い場合に、上記ボールが該ボールに作用する遠心力により上記外周壁へ向けて移動するように、上記底壁の内面の内周縁部から上記外周壁へ向けて上方傾斜し、
   上記複数のボール保持部の各々は、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも低い場合に、上記転動面から該ボール保持部に入り込んだボールを保持するとともに、該ボール保持部に保持されている保持ボールを該ボール保持部に保持されていない非保持ボールに接触させることにより該非保持ボールの上記転動面からの離脱を阻止し、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも高い場合に、該ボール保持部に保持されている保持ボールを該保持ボールに作用する遠心力により上記転動面へ離脱させるように構成され、
   上記複数の離脱阻止部の各々は、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも低い場合に、上記ボール保持部に保持されていない非保持ボールに接触することにより該非保持ボールの上記転動面からの離脱を阻止するように構成されている
   ことを特徴とするボールバランサ。
2. 請求項１において、
   上記複数のボール保持部は、複数の凹部によってそれぞれ構成されている
   ことを特徴とするボールバランサ。
3. 請求項２において、
   上記複数の凹部の各々の径方向外側の側面は、上記回転体の回転速度が上記第１の回転速度よりも高い場合に、該凹部に保持されているボールが該ボールに作用する遠心力により該凹部の径方向外側の側面上を移動して上記転動面へ離脱するように、該凹部の底部から上記転動面の内周縁へ向けて上記転動面よりも急峻に上方傾斜し、
   上記複数の凹部の各々の深さは、該凹部に保持されていない非保持ボールが上記転動面に接触しながら該凹部に保持されている保持ボールに接触する深さとなっている
   ことを特徴とするボールバランサ。
4. 請求項３において、
   上記複数の凹部の各々の深さは、該凹部に保持されている保持ボールの上端部が該凹部から突出するとともに該凹部に保持されていない非保持ボールが該凹部の上端よりも上方において該保持ボールに接触する深さとなっている
   ことを特徴とするボールバランサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記複数の離脱阻止部は、複数の凸部によってそれぞれ構成されている
   ことを特徴とするボールバランサ。
6. 請求項５において、
   上記複数の凸部の各々は、上記非保持ボールが上記転動面に接触しながら該凸部の径方向外側の側面に接触するように構成されている
   ことを特徴とするボールバランサ。
7. 請求項６において、
   上記転動面の内周縁から上記複数の凸部の各々の径方向外側の側面までの径方向距離は、上記ボールの半径よりも短くなっている
   ことを特徴とするボールバランサ。
8. 請求項６または７において、
   上記複数の凸部の各々は、該凸部の径方向外側の側面のうち周縁を除く部分に上記非保持ボールが接触するように構成されている
   ことを特徴とするボールバランサ。
9. 請求項８において、
   上記複数の凸部の各々の径方向外側の側面の回転軸方向幅は、上記ボールの半径よりも長くなっている
   ことを特徴とするボールバランサ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項において、
    上記回転体は、上記第１の回転速度よりも高い回転速度で回転する高速回転モードと、上記第１の回転速度を超えない範囲内で回転速度を変化させる変速回転モードとを切替可能である
    ことを特徴とするボールバランサ。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のボールバランサと、
    上記ボールバランサが設けられた回転軸を中心に回転可能な洗濯槽とを備えている
    ことを特徴とする洗濯機。

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