JPH036384B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は液体バランサ装置に係り、特に洗濯機
の脱水槽など、堅型回転に取付け、構設される如
き液体バランサ装置に関する。

（従来の技術） いわゆる、不つり合い質量をもつて回転する堅
型回転機の不つり合い振動を低減させる対策とし
ては、回転体の上部に液体を封入した中空リング
を設け、その液体バランサ効果を利用することが
効果的である。すなわちこれは、回転体回転時に
液体が回転体の不つり合い位置と反対側に位置
し、液体バランサ装置としての役目を果たし、回
転体の過大不つり合い振動を阻止するものであ
る。しかしながら、このような液体バランサ装置
は、堅型回転機の不つり合い振動を防止するうえ
で、有効な手段ではあるけれども、自由表面をも
つリング状の液体を使うため、非常に防止しずら
い自励振動を発生する欠点がある。

第１１図は全自動洗濯機を示す断面図である。
第１１図において、１は脱水洗濯機、１ａは外
枠、２は外槽、３は脱水槽、４は水を攪拌するた
めのバルセータ、５はモータ、６は伝動機構であ
る。７は下部懸吊装置、８は上部懸吊装置、でロ
ツド９により上記外槽２を外枠１ａに懸吊してい
る。１０は脱水槽３の上端周辺に沿つて設けられ
中空の環状体で構成されいる液体バランサ装置で
ある。すなわち、このような液体バランサ装置１
０の構設によつて脱水槽３の不つり合い振動を防
止するようにしているものである。このようなも
のにおける上述した自励振動を説明すると次のよ
うである。回転中液体バランサ装置（以下バラン
サと略称する）１０内の液体は、バランサ１０の
外壁に沿つて円環状に分布する。この状態を第１
２図に示す。第１２図では１０はバランサ、２４
は内部の液体である。実線１３は内部液面であ
る。液体２４の内側表面は実線１３のように円環
状の自由表面を構成しているため、この円環状自
由表面に、破線１４のような一波長の波が立ち、
これが自由表面上をぐるぐるまわることにより、
回転体回転数と非同期の振れまわりが発生するの
である。この自励振動は回転体にアンバランスが
付加されると、液体２４がアンバランスによる振
れまわりの遠心力で固定されるため発生しなくな
る。

この自励振動の振巾は非常に大きく、従来これ
を防止するため種々の考案がなされてきた。第１
３図はその一例である。バランサ１０の中に液体
２４の動きを制限するバツフル板１５を多数並べ
たものである。しかしこの種のものは液体バラン
サ効果を得るため、ある程度液体２４を動きやす
くせざるを得ず、第１３図にみるようにバツフル
板１５の外周にかなり大きな空間１６をあけてあ
る。このため、自励振動の原因たる波には十分な
抵抗を与えることができず、自励振動の振巾を小
さくするのみで、振動発生を防止することはでき
なかつた。これらの対策では、自励振動を防止で
きないのみでなく、多数のバツフル板１５を有し
ているため多くの材料を必要とし、コスト高とな
る大きな欠点をもつている。

また、実公昭53−17661号公報に示されるよう
に環状のバランサ内の上下壁の少なくとも一方か
ら突出し他方と間隔を有する抵抗体を設けたもの
も提案されている。このような抵抗体を設けるこ
とにより自励振動の原因たる波に抵抗を与えるこ
とができるが、低抗体と上壁あるいは下壁との間
〓がバランサ内の内周側から外周側にわたつて形
成されている。この間〓は、バランサの回転起動
時、偏心荷重が生じて液体が偏心荷重とは反対の
部分に集まろうとする際に通路となるため、す早
くバランスのとれた状態にするためには大きい方
がよいが、あまり大きいと自励振動を防止できな
いという相反する性質を有している。したがつ
て、このような間〓を形成したものにあつては、
自励振動を完全に防止し、しかもす早くバランス
のとれた状態にすることは困難であつた。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の液体バランサ装置にあつて
は、自励振動を完全に防止するのは困難であると
共にコスト高となる欠点を有していた。また一方
では、自励振動を防止してす早くバランスのとれ
た状態にすることも困難であつた。

本発明は上述した点に鑑み、液体バランサ装置
に特有の自励振動を完全に防止し、す早くバラン
スのとれた状態にすると共に、それを安いコスト
で実現できる液体バランサ装置を提供することを
目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の液体バランサ装置にあつては、液体を
封入して回転可能な中空リングと、この中空リン
グ内に配置されて前記中空リングの回転過渡時に
前記液体を流通させる第１の通路を有しかつ前記
中空リングが定常回転したときには、前記液体を
分断する遮蔽板と、この遮蔽板に形成され前記中
空リングが定常回転したときに分断された前記液
体に加わる圧力を調整する第２の通路とを具備
し、前記第２の通路は前記第１の通路に比べて大
きい通路抵抗となると共に前記中空リングの外壁
かつ、鉛直方向上端近傍のみに形成している。

（作用） このように構成されたものにあつては、液体の
圧力調整用の第２の通路が中空リングの外壁近く
に形成されているために、圧力差が大きくなり圧
力調整が迅速に行なえる。さらに外壁近くでかつ
鉛直方向上端近傍に圧力調整用の第２の通路が形
成されているため、液体が完全に立上るまで圧力
調整を行なわず、完全に立上がつてから圧力調整
の作用が開始されるため安定度が良い。また、波
の移動速度は外壁近くで小さくなるため、波の移
動防止の遮蔽板の作用に悪影響を与えにくく自励
振動も完全に防止される。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の液体バランサ装置である。第
１図ａは、バランサ１０の断面図、第２図ｂはバ
ランサ１０の上面図を示している。１７は外壁、
１８は内壁、１９は上ブタ、２０は下ブタであ
る。２１は一枚の遮蔽板、２２は内壁１８と遮蔽
板２１の間に形成された回転過渡時に液体２４を
流す空間、２３は液体２４の圧力調整用の小穴で
空間２２に比べて通路抵抗がはるかに大きく小さ
い穴で遮蔽板２１と外壁１７との間に外壁１７に
近い箇所でかつ、鉛直方向上端近傍に形成されて
いる。液体２４はバランサ１０内の体積の半分程
度収納される。バランサ１０が回転すると、液体
２４は円環状に立上がつて分布する。第１図ｃは
バランサ１０が定常回転して液体２４が円環状に
立上がつた状態を示している。遮蔽板２１の巾ｈ
は、円環状に立上がつた液体２４の厚さｔよりご
くわずか大きくする。今、定常回転状態で考える
と、液体２４は遮蔽板２１で完全に分断され連続
した円環にならなくなる。このため上述したバラ
ンサ１０内をぐるぐる移動する波は形成されず、
問題の自励振動は完全に防止される。又アンバラ
ンスが付加され、液体バランサ効果のため、液体
２４がバランサ１０の中心からずれて位置した時
は遮蔽板２１は液体２４中に埋没するが、上述し
たようにこの時は自励振動はおきない。次に静止
時から定常回転数に達するまでの過渡状態を考え
る。バランサ１０が急激に回わり出すと、慣性に
より液体２４は遮蔽板２１のまわりに集まること
になる。この時の状態を第２図に示す。この時液
体２４はアンバランスを作ることになるが、液体
２４は流通抵抗の小さい大きな通路を形成した空
間２２を通り、速やかに均一化し大きなアンバラ
ンスを形成せず定常回転数に達する。次にアンバ
ランスが付加され、平衡状態に達する直前のバラ
ンサ１０の状態を第３図にす。２５はアンバラン
ス質量であり００′はバランサ１０の中心とアン
バランス質量２５の中心を結んだ中心線、液体２
４は２４′，２４″，２４の部分に分けて考え
る。バランサ１０内の左半分の液体２４′は、理
想的な液体バランサ効果を発揮して、速やかにア
ンバランス質量２５と反対側によるが、右半分の
液体２４″，２４は遮蔽板２１により移動を阻
止され、遮蔽板２１の上下の液体２４″，２４
の厚さt″、ｔはt″＞ｔとなる。この状態で
は、液体２４″，２４の液圧は当然液体２４″の
方が２４より高くなる。この圧力差により外周
部近くに形成した小穴２３を通り、２４″は液体
２４の方へt″＝ｔになるまで流れて平衡状態
に達し、完全な液体バランサ効果が得られる。

次に小穴２３を遮蔽板２１と外壁１７との間の
位置に形成した理由を述べる。

本発明における小穴２３の働きは、遮蔽板２１
により波の発聖を阻止されて分断された液体の圧
力差を調整することにある。バランサ１０内をぐ
るぐる移動する立上がつた液体の波の移動速度
（エネルギ）は、バランサ外壁１７に近い箇所は、
内周側よりも小くなつている。逆に立上がつた液
体の波の移動速度は、バランサ１０の内周側では
大きい。したがつて、波の移動を阻止して自励振
動を有効に防止するためには、立上がつた波の内
周側は完全に遮蔽板２１で分断阻止しなければな
らない。

このようなバランサ外周側では波の速度が小さ
くある理由は以下のように証明される。

バランサのラジアル方向の速度成分をｕとする
と、 ｕ＝C₁（１−１／η²）cosωt ……… またバランサのタンジエンシヤル方向の速度成
分をｖとすると、 ｖ＝−C₁（１＋１／η²）sinωt ……… ただしC₁：比例定数 ω＝2πf ｆ：回転周波数 η＝ｒ／r₁ r₁：バランサ中心からバランサ内壁面までの距離 ｒ：バランサ中心からバランサ内の任意の点まで
の距離 したがつて、バランサの中心からバランサ内の
任意の点での波の速度は ｜ｖ｜＝√²＋² 式及び式より、 ｜ｖ｜＝C₁√１＋１⁴ ……… となる。

ここでバランサの外周側の任意の位置をr₂とす
るとr₂＞r₁となる。したがつて、η＝r₂／r₁であ
るから式よりバランサの外周側は波の速度が小
さくなつていることがわかる。

なお、以上の式は液体を非粘性として計算した
ものであり、液体を粘性体とすれば外壁１７のご
く近傍では粘性抵抗のため波の速度はほぼ零とな
る。

一方、分断された液体の圧力差を調整するに
は、圧力差の大きい箇所を利用した方が迅速に行
なえる。回転しているバランサ１０内において
は、遠心力の作用により外壁１７に近い方が液体
の圧力差が大きい。

バランサの外周部で遠心力による圧力が大きく
なる理由は以下の式により証明される。

遠心力によりバランサの任意の点に作用する圧
力をＰとすると、 Ｐ＝１／2ρω²（r²−r₁ ²） ……… ただし、ρ：液体の密度 ω：2πf ｆ：回転周波数 ｒ：バランサ中心からバランサ内の任意の位置ま
での距離 r₁：バランサ中心からバランサ内壁面までの距離 ここで、バランサの外周側の任意の位置をr₂と
するとr₂＞r₁であるから式よりバランサの外周
側の方が圧力が大きいことがわかる。したがつて
小穴２３の作用を最大限に発揮させるには、外壁
１７に近い側に小穴２３を形成すれば圧力差の調
整が迅速に行なえす早くバランスのとれた状態に
することができると共に波の移動を防止する遮蔽
板の働きを阻止しにくいため自励振動を完全にな
くすることができる。

なお小穴２３はこの実施例のように遮蔽板２１
と外壁１７とで囲んで形成してもよいし、遮蔽板
２１に小穴２３をあけてもよい。

次に第４図を参照して本発明の他の実施例を示
す液体バランサ装置を説明する。第４図ａは、バ
ランサ１０の断面図、第４図ｂはバランサ１０の
上面図を示している。尚第１図に同一部分は同一
符号で説明する。１７は外壁、１８は内壁、１９
は上ブタ、２０は下ブタである。２１ａ，２１ｂ
は遮蔽板、２２ａ，２２ｂは内壁１８と遮蔽板２
１ａ，２１ｂの間に設けられた回転過渡時に液体
２４を流す空間、２３ａ，２３ｂは液体２４の圧
力調整用の小穴で空間２２に比べて通路抵抗がは
るかに大きく小さい穴でそれぞれ遮蔽板２１ａと
２１ｂと外壁１７との間に外壁１７に近い箇所に
形成されている。ここで、添字ａ、ｂは点対称に
配置された２つの遮蔽板及びそれらに係るコンポ
ナントを表わす。液体２４はバランサ１０内の体
積の半分程入れる。バランサ１０が回転すると、
液体２４は円環状に立上がつて分布する。第４図
ｃは、バランサ１０が定常回転して液体２４が円
環状に立上がつた状態を示している。遮蔽板２１
ａ，２１ｂの巾ｈは、円環状に立上がつた液体２
４の厚さｔよりごくわずか大きくする。今、定常
回転状態で考えると、液体２４は遮蔽板２１ａ，
２１ｂで完全に２分され連続した円環にならなく
なる。このため述したバランサ１０内をぐるぐる
移動する波は形成されず。問題の自励振動は完全
に防止される。又アンバランスが付加され、液体
バランサ効果のため、液体２４がバランサ１０の
中心からずれて位置した時は遮蔽板２１ａ，２１
ｂは液体２４中に埋没するが、上述したようにこ
の時は自励振動は発生しない。次に静止時から定
常回転数に達するまでの過渡状態を考える。バラ
ンサ１０が急激に回わり出すと、慣性により液体
２４は遮蔽板２１ａ，２１ｂのまわりに集まるこ
とになる。この時の状態を第５図に示す。この時
液体２４は円周上の均一な分布でなくなるが、点
対称の液体分布になるのでアンバランスは発生し
ない。又遮蔽板２１ａ，２１ｂのまわりに集まつ
た液体２４も大きな空間２２ａ，２２ｂを通り、
速やかに均一化する。次にアンバランスが付加さ
れ、平衡状態に達する直前のバランサ１０の状態
を第６図に示す。２５はアンバランス質量であ
り、遮蔽板２１ａ，２１ｂにより液体２４は２
４′，２４″の２部分に分けられる。液体バランサ
効果により液体２４はアンバランス質量２５と反
対側により、遮蔽板２１ａ，２１ｂの上下の液体
２４′，２４″の厚さは違つてくる。第６図の状態
では液体２４′，２４″の液圧は当然液体２４′の
方が液体２４″より高くなる。この圧力差により
外周部近くに配置した小穴２３ａ，２３ｂを通
り、液体２４′は液体２４″の方へ遮蔽板２１ａ，
２１ｂの両側の液体厚さが同じになるまで流れて
平衡状態に達し、完全な液体バランサ効果が得ら
れる。

このように遮蔽板２１を２つ以上設けても小穴
２３をそれぞれに対応して外壁１７の近くで、か
つ、鉛直方向上端近傍に設けることにより先の実
施例と同様に、自励振動を完全に防止しうると共
にす早くバランスのとれた状態にすることができ
る。

第７図は本発明の更に他の実施例を示す液体バ
ランサ装置である。第１図および第４図に同一部
分は同一符号で示す。すなわち１７は外壁、１８
は内壁、１９は上ブタ、２０は下ブタである。こ
こで、外壁１７と内壁１８は仕切板２６で区切ら
れており、仕切板２６は外壁１７と内壁の役割を
果たす仕切板２６で外周で外側中空リング２７を
形成し、外壁の役割を果たす仕切板２６の内周と
内壁１８で内側中空リング２８を形成している。
２１ａ，２１ｂは遮蔽板で、２２ａ，２２ｂは内
壁１８および遮蔽板２１ｂ、仕切板２６と遮蔽板
２１ａの間に設けられた回転過渡時に液体２４を
流す空間、２３ａ，２３ｂは液体２４の圧力調整
用の小穴で各々遮蔽板２１ａ，２１ｂと外壁１７
及び仕切板２６との間でかつ外周側に形成されて
いる。ここで、添示ａ、ｂは第８図のようにバラ
ンサ１０を構成している外側中空リング２７、内
側中空リング２８に係ることを示す。流体２４は
外側中空リング２７、内側中空リング２８内の各
体積の半分程入れる。バランサ１０が回転する
と、液体２４は円環状に立上がつて分布する。遮
蔽板２１ａ，２１ｂの巾ｈは第１図ｃ及び第４図
ｃと同様に円環状に立上がつた液体２４の厚さｔ
より、ごくわずか大きくする。今、定常回転状態
で考えると、各中空リング２７，２８内の液体２
４は遮蔽板２１ａ，２１ｂで完全に分断され、連
続した円環にならなくなる。このため上述したバ
ランサ１０内をぐるぐる移動する波は形成され
ず、問題の自励振動は完全に防止される。又アン
バランスが付加され、液体バランサ効果のため、
液体２４がバランサ１０の中心からずれて位置し
た時は、遮蔽板２１ａ，２１ｂは液体２４中に埋
没するが、上述したようにこの時は自励振動は発
生しない。次に静止時から定常回転数に達するま
での過渡状態を考える。バランサ１０が急激に回
り出すと、慣性により液体２４は遮蔽板２１ａ，
２１ｂのまわりに集まることになる。この時の状
態を第８図にす。この時各中空リング２７，２８
の液体２４はアンバランスを作ることになるが、
各円環のアンバランスはほぼ点対称の位置にでき
るため、アンバランスは打消されほとんど零とな
る。又遮蔽板２１ａ，２１ｂのまわりに集まつた
液体２４も大きな空間２２ａ，２２ｂを通り、速
やかに均一化する。次にアンバランスが付加さ
れ、平衡状態に達する直前のバランサの状態を第
９図に示す。２５はアンバランス質量である。液
体バランサ効果により液体２４はアンバランス質
量２５と反対側により、遮蔽板２１ａ，２１ｂの
上下の液体２５の厚さは違つてくる。液体２４の
液圧は液体厚さの大きい方が当然高くなり、この
圧力差により外周部近くに形成した小穴２３ａ，
２３ｂを通り、液体２４は遮蔽板２１ａ，２１ｂ
の両側の液体厚さが同じになるまでゆつくり流れ
て平衡状態に達し、完全な液体バランサ効果が得
られる。

なお小穴２３ａ，２３ｂは直接遮蔽板２１ａ，
２１ｂにあけてもよい。

このようにバランサ１０内に仕切り板２６を配
置してバランサ１０を実質的に２重構造としたも
のにあつても小穴２３を外壁１７若しくは仕切り
板２６の外周側、かつ鉛直方向上端近傍のみに設
けることによつて先の実施例と同様に、自励振動
を完全に阻止しうると共にす早くバランスのとれ
た状態にすることができる。又点対称に配置した
２つの中空リング２７，２８の位置は第１０図の
ごとく堅に配置しても同等の効果が得られること
は当然である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、液体バラン
サ装置構設の堅型回転機に特有の自励振動がまつ
たく発生しないと共に、常に最良のバランシング
状態をす早く構成する安価な液体バランサ装置を
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液体バランサ装置の一実
施例を示す断面図及び上面図、第２図は第１図の
液体バランサ装置における定常回転数まで加速中
の本発明による液体バランサ装置を示す断面図、
第３図は第１図の液体バランサにおけるアンバラ
ンス質量付加時の定常状態に達する前の、本発明
による液体バランサ装置を示す断面図、第４図は
本発明の他の実施例を示す断面図及び上面図、第
５図および第６図は第４図の液体バランサ装置の
加速中ならびにアンバランス質量付加時の状態を
示す断面図、第７図は本発明の更に他の実施例を
示す断面図、第８図および第９図は第７図の液体
バランサ装置の加速中ならびにアンバランス質量
付加時の状態を示す断面図、第１０図は、本発明
の液体バランサ装置の変形例を示す断面図、第１
１図は全自動洗濯機の一例を示す断面図、第１２
図は基本的液体バランサ装置を説明する断面図、
第１３図は改良した液体バランサ装置の従来例を
示す断面図である。 １……脱水洗濯機、２……外槽、３……脱水
槽、４……パルセータ、１０……バランサ（中空
リング）、１７……外壁、１８……内壁、１９…
…上ブタ、２０……下ブタ、２１……遮蔽板、２
２……空間、２３……小穴、２４……液体、２
４′，２４″２４……液体、２５……アンバラン
ス質量、２６……仕切板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体を封入し回転可能な中空リングと、この
   中空リング内に配置されて前記中空リングの回転
   過渡時に前記液体を流通させる第１の通路を有し
   かつ前記中空リングが定常回転したときには前記
   液体を分断する遮蔽板と、この遮蔽板に形成され
   前記中空リングが定常回転したときに分断された
   前記液体に加わる圧力を調整する第２の通路とを
   具備し、前記第２の通路は前記第１の通路に比べ
   て十分大きい通路抵抗となると共に前記中空リン
   グの外壁かつ、鉛直方向上端近傍のみに形成して
   成ることを特徴とする液体バランサ装置。