JP2005279503A - フィルタユニット及びそのフィルタユニットを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間にわたって強力な吸い込み力を持続させ、フィルタユニットのメンテナンスを軽減できる電気掃除機を提供すること。
【解決手段】最上流側に設置した多孔質なＰＴＦＥ膜２１ｃと、前記ＰＴＦＥ膜の下流側に不織布２１ｄを貼り付けプリーツ状に折って構成され、プリーツの開き角度が１５度から３０度の掃除機用フィルタユニット２０とすることにより、フィルタユニット２０に衝撃力をあたえることによりフィルタ濾材２１に表面の塵埃を簡単に除去でき、長時間にわたって強力な吸い込み力を持続させフィルタユニットのメンテナンスを軽減した電気掃除機を提供できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動送風機を内包した吸引型の家庭用の電気掃除機に関するものである。

従来、この種の電気掃除機は、プリーツ状のフィルタを搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、コードリールと連動した除塵装置を搭載したものもある（例えば、特許文献２参照）。

また、多孔質ＰＴＦＥ膜を使用したフィルタもある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−５６７１７号公報 特許第３４９００８１号公報 特開２００１−１７０４６１号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来の構成ではプリーツ状のフィルタを構成するフィルタ濾材に微細な塵埃が内部に入り込み次第に圧損が大きくなる問題を有している。

特許文献２に示す除塵手段を用いてもフィルタ内部に入った塵埃を十分に落とすことができず、定期的に水洗い等をしてフィルタ内に蓄積された塵埃を除去する必要があった。

特許文献３には多孔質ＰＴＦＥ膜を使用したフィルタの例が記載されており、掃除機用のフィルタとして使用できる旨が記載されている。多孔質ＰＴＦＥ膜を利用したフィルタは塵離れには優れているが、掃除機の吸引された塵埃を捕捉するフィルタとして使用する場合、すなわち集塵室内に使用した場合は捕捉すべき微細塵埃の量がエアークリーナなどに比べ多く、立体的に塵埃を捕捉できる従来の繊維質なフィルタに比べ、多孔質なＰＴＦＥ膜フィルタでは表面で塵埃を補足するため捕捉した塵埃量に対し急激に圧損が増加する。表面積を増やすためプリーツを多くするとプリーツ間に塵埃が詰まり、塵離れの良さが活かせなくなる課題を有している。

上記従来の課題を解決するために本発明は、最上流側に設置した多孔質なＰＴＦＥ膜と、前記ＰＴＦＥ膜の下流側に不織布を貼り付けプリーツ状に折ったフィルタユニットの構成とし、プリーツの開き角度が１５度から３０度に設定することにより、捕捉された塵埃に対して圧損の増加か減らし、しかも除塵性能を良くすることができ、長時間にわたって吸込力を維持させることが可能となる。

本発明によれば、長時間にわたって強力な吸い込み力を持続させ、塵埃捕捉手段であるフィルタユニットのメンテナンスを軽減できる電気掃除機を提供できる。

第一の発明は、最上流側に設置した多孔質なＰＴＦＥ膜と、前記ＰＴＦＥ膜の下流側に不織布を貼り付けプリーツ状に折って構成され、プリーツの開き角度が１５度から３０度の掃除機用フィルタユニットとすることにより、除塵性能に優れ、吸い込み力を持続させることができる。

第二の発明は、特に第１の発明のフィルタユニットの外枠の面積が１００〜１６０ｃｍ^２のフィルタユニットとすることにより、除塵性能に優れ、吸い込み力を持続させることができ、しかも吸い込み仕事率の大きな電気掃除機を得ることができる。

第三の発明は、特に第１及び２の発明フィルタユニットを電動送風機によって吸引した塵埃を捕集用として用いた電気掃除機とすることにより除塵性能に優れ、吸い込み力を持続させることができ、しかも吸い込み仕事率の大きな電気掃除機を得ることができる。

第四の発明は、特に第３の発明のフィルタユニットをその上部が下部より吸気上流側に位置するよう前傾させて設けた電気掃除機とすることにより、除塵性能にすぐれしかも塵埃のフィルタユニットへの再付着をしにくい構成が実現できる。

第五の発明は、特に第３及び４の発明のフィルタ濾材に付着した塵埃を除塵する除塵手段を備えた電気掃除機とすることにより、より除塵性能にすぐれた電気掃除機が実現できる。

第六の発明は、特に第５発明の除塵手段をフィルタユニットの下流側を叩いて除塵する構成とした電気掃除機とすることにより、より除塵性能を良くし、フィルタの耐久性を良くすることができる。

第七の発明は、特に第５発明の除塵手段をフィルタユニットを空気の主流方向に振動させる構成とした電気掃除機とすることにより、より除塵性能の改善ができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施形態における電気掃除機の全体図を示すものである。

図１において、電動送風機１２を内蔵した掃除機本体１１の吸引口１５と電動送風機１２の吸気口１２ａの間には集塵室１４が設けられている。吸引口１５にはホース（図示せず）、延長管（図示せず）が接続され、延長管の先端に床面１３の塵埃を吸引清掃する吸口（図示せず）が接続されている。集塵室１４の下流側には粗い塵埃を分離するためのメッシュフィルタ１９、更に下流には細かい塵埃を分離するプリーツ状のフィルタユニット２０が設けられている。電動送風機１２は防娠ゴム２３で掃除機本体１１に支持される。吸引された空気は矢印Ａで示すように電動送風機１２の排気口１２ｂを通過し、掃除機本体１１の排気口１１ａから排出される。掃除機本体１１の後方にはコードリール２７が収納されている。集塵室１４は図２に示すように、本体１１から着脱自在であり、フィルタユニット２０も着脱自在に構成されている。底部には開閉蓋１４ａを有し、把手１４ｂ近辺に設けられた開閉ボタンを押すことにより、開閉蓋１４ａが開き集塵室１４内部の塵埃を取り出すことができる。

図３はフィルタユニット２０を示す。図３（ａ）は上流側から見た図、図３（ｂ）は底面、図３（ｃ）は下流側から見た図、図３（ｄ）は側面図を示す。外枠２０ａに山谷を有したプリーツ状に折ったフィルタ濾材２１を接着することにより構成されている。空気の流れを矢印Ｂで示す。図３（ａ）で谷部２１ａを細線で示し、図３（ｃ）では山部２１ｂを細線で示す。下流側にはフィルタ濾材２１を補強するための背板２０ｂが設けられている。フィルタ濾材２１は図４で示すように、最上流側に位置する多孔質なＰＴＦＥ膜２１ｃの下流側に不織布２１ｄを貼り付けることにより構成されている。ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレンの略である。

外枠２０ａの外枠上下端部２０ｃは山形形状を有し上流側が開口部２０ｄとなり、フィルタユニット２０に捕集された塵埃が外部に落下しやすい構造を有している。図５にフィルタユニット２１を底部から見た図、図６に上流側からみた斜視図、図７に下流側から見た斜視図を示す。

動作について述べる。電動送風機１２に通電し電気掃除機１１を駆動すると吸口から塵埃が吸引されメッシュフィルタ１９で粗塵埃が分離され、フィルタユニット２０で細塵が分離され、分離された塵埃は集塵室１４に蓄積される。集塵室１４に塵埃が満たされた場合、あるいはメッシュフィルタ１９、フィルタユニット２０に塵埃が蓄積され圧損が大きくなり充分な吸引力が生じなくなった時は、集塵室１４を掃除機本体１１から外し、開閉蓋１４ａを開き塵埃を取り出す。このときにフィルタユニット２０、メッシュフィルタ１９を外し、メッシュフィルタ１９に付着した塵埃はブラシなどで除去し、フィルタユニット２０は外枠２０ａを軽く叩くなどして衝撃を加えて表面の塵埃を除去する。

フィルタユニット２０の性能としてはより小さな塵埃が捕捉できるかを示す捕集効率の他に、圧損、捕集された塵埃の量に対する圧損の増加率、塵埃が捕集され圧損が増加した状態から振動、衝撃を加え除塵することによる圧損の回復率、あるいは除塵される塵埃と残存する塵埃の比率から評価される除塵性能がある。

プリーツに折ったフィルタユニット２０のフィルタ総面積Ｓは、図５で示すプリーツの開き角度θと、図３で示す外枠２０ａのたて寸法ｂと横寸法ａの積で示される外枠２０ａの外枠面積Ｓ１により下記の式から求められる。

Ｓ＝Ｓ１／ｓｉｎ（θ／２）
すなわち面積Ｓ１が一定であれば、フィルタ総面積Ｓは開き角度θによって決まる。次に開き角度θと上述した圧損、圧損増加率、除塵性能の関係を述べる。圧損はフィルタ総面積Ｓに反比例するため開き角度θの増加と共に圧損は増える。捕集された塵埃による圧損の増加率はフィルタ総面積Ｓが小さいほど、すなわち開き角度θが大きいほど大きくなる。次に除塵性能の場合は、除塵手段と捕集された塵埃の量、種類によって変わる。除塵手段をフィルタユニット２０の外枠２０ａに衝撃を与え除塵する方法とし、繊維質を主体とした塵埃の場合を考えるとフィルタ濾材２１の表面に積層した塵埃は塵埃同士が絡み合い塊になり、フィルタ濾材２１の表面に塊として付着する。塊状の塵埃がフィルタ濾材２１に付着している付着力はフィルタ総面積Ｓに比例する。このような塊状の塵埃を衝撃により除塵する場合、塵埃が離れる力は慣性力であり塵埃の質量に比例し、一定の塵埃の質量に対しフィルタ総面積Ｓが大きくなると塵埃の塊は離れにくくなる。すなわちフィルタ総面積Ｓが大きくなるすなわち開き角度θが小さくなると除塵性能は悪くなる。

細かい砂粒のように塵埃同士が固着しにくい性質の塵埃では、衝撃により除塵する際フィルタ濾材２１の表面に積層された塵埃は衝撃により崩れ、フィルタ濾材２１表面に直接付着した塵埃が残る。フィルタ濾材２１表面に付着した塵埃の質量はフィルタ総面積Ｓに比例し、付着力もフィルタ総面積Ｓに比例するため衝撃による塵埃の除塵性能はフィルタ総面積Ｓ、開き角度θに依存しない。このような塵埃同士が固着しにくい性質の塵埃であっても多量が大きな吸引力で吸着された場合は塊になることもあり、このような場合は前述したようにフィルタ総面積Ｓが大きくなるすなわち開き角度θが小さくなると除塵性能は悪くなる。

日本国内の一般的な家庭塵埃は繊維質の成分が多いため、塵埃は塊になりやすく除塵性能はフィルタ総面積Ｓに比例して悪くなる。

ある一定量の塊になりやすい繊維質を主とした標準的な塵埃の吸引と、その後の衝撃による除塵を繰り返し行った場合の圧損の増加の様子を流量の減少として捉え評価すると図６で示すような傾向をしめす。横軸は塵埃の量と除塵の回数（時機）を示す。縦軸は風量を示す。すなわち一定量の塵埃を連続的に吸引していくと圧損が増加し流量が次第に小さくなっていく。一定量の塵埃を吸引した後電動送風機を停止し、除塵を行った後再び吸引すると圧損が低減し流量が回復する。図８は除塵を６回行った例である。図９に除塵回数がもっと多い場合の流量低下の様子を、開き角度θが大、中、小の場合について示す。開き角度が大の場合を破線で、開き角度が小さい場合を点線で、開き角度が中の場合を点線で示す。各々の２本の線は除塵の前後の状態を示す。開き角度θが大きい場合は塵埃を吸引すると急激に流量が低下するが除塵性能が良いため除塵したあとは流量は殆ど初期に戻る。開き角度θが小さい場合は、一定量の塵埃の吸引に対し風量の低下は鈍いが、除塵性能が悪く初期流量には戻りにくい。ある限界の風量例えば０．８ｍ^３／ｍｉｎに至るまでの吸引可能な塵埃量を除塵回数で評価した場合開き角度θが大の場合は除塵回数７５回、開き角度θが小の場合は除塵回数６５回、開き角度θが中の場合は１００回と比べると吸引可能な塵埃量が３５％から２５％程度小さくなる。開き角度θに対する、ある一定風量になるまでに吸引可能な塵埃量すなわち除塵回数をグラフ化すると図１０のようになり、開き角度θは１５度〜３０度の範囲が最も吸引可能な塵埃量、すなわち除塵回数が多く、開き角度θとしての最適値であることが判る。

もちろん、塵埃の種類、除塵の回数、間隔、方法などにより最適な開き角度θの範囲は変化するが、実際の掃除機として種々の塵埃、除塵方法などを変え調べた結果、開き角度θが１５度〜３０度の範囲が流量低下を最小に抑えしかも吸引できる集塵量が最も多くなる。

除塵を頻繁に行い、開き角度θをできるだけ大きく設計する考え方もあるが、除塵構成が複雑になる。又、昨今の高吸込み仕事率を実現した電気掃除機はできるだけ損失の小さい構成となるように吸引口１５、フィルタユニット２０、電動送風機１２の吸気口１２ａをほぼ直線的に配置し、直線的に空気流を流しできるだけ損失を増やさないようにしている。５００Ｗ以上の吸込み仕事率を得るには、電動送風機は６００Ｗ以上の出力が必要であり、５００００ｒ／ｍｉｎ程度の回転数では１２０ｍｍ〜１４０ｍｍのファン径が必要になる。できるだけコンパクトな本体構成でできるだけ大きな外枠面積Ｓ１のフィルタユニット２０を意図し設計した場合、フィルタの外枠面積Ｓ１の上限値の目安はファン部の投影面積程度となり１００〜１５０ｃｍ^２程度が上限値となる。

文献（特開２００１−１７０４６１号公報）で示すように、ＰＴＦＥ多孔質膜の圧損は１００Ｐａ程度は必要であり、外枠面積Ｓ１を１００〜１５０ｃｍ^２程度とするとフィルタ総面積Ｓは３９０〜１１６０ｃｍ^２程度の範囲となり、圧損１００Ｐａ程度のフィルタ濾材２１を使用すると１０〜３０Ｗの損失がフィルタユニット２０として生じる。５００Ｗの仕事率に対し上限の損失である。このことからみても開き角度θを３０度以上に大きくすることはそのフィルタユニット２０の圧損の点から難しく、開き角度θは１５〜３０度が最適である。

（実施の形態２）
図１１、図１２は本発明の第２の実施形態における電気掃除機の集塵室１４の構成を示すものである。図１２は集塵室１４を下流側からみた図を示す。

集塵室１４の外壁１４ｂに固定されたフィルタユニット２０の下流側面に振動を与え除塵を行う除塵手段３２が設置されている。フィルタユニット２０の下流側面２０ｂに他方からバネ３３で付勢された格子状のちり落とし板３４が当接し設置されている。ちり落とし板３４の中央にはラック歯車３５ａを設けた軸３５が固定されている。上記ラック歯車３５ａと噛み合った平歯車３６は一部分のみに歯切りがされており、集塵室１４の外壁１４ｂに支柱３８で固定された駆動電動機３７の回転軸３７ａに固着されている。フィルタユニット２０はその外枠上部２０ｅが外枠下部２０ｃより上流側に位置するよう前傾させて設置されている。動作としてはある程度の塵埃を吸引し微細塵がフィルタユニット２０の表面に付着蓄積した状態で、吸引を停止した後図１１（ａ）で示すように電動機３７を駆動するとちり落とし板３４が矢印Ｃの方向に移動する。一定距離移動したときラック歯車３５ａと平歯車３６の噛み合いが外れ、図１１（ｂ）で示すようにちり落とし板３４は矢印Ｄの方向にバネの力で瞬時に戻りフィルタユニット２０を叩く。図１３にラック歯車３５ａ付近の拡大図を示す。図１３（ａ）がちり落とし板３４がフィルタユニット２０から離れる様子を、図１３（ｂ）が歯車のかみ合いが外れちり落とし板３４でフィルタユニット２０をたたく様子を示す。電動機３７の回転方向を矢印Ｆで示す。

このときフィルタユニット２０に衝撃力が加わりフィルタ濾材２１に蓄積された塵埃が慣性力でフィルタ濾材２１の表面から外れ、除塵される。ちり落とし板３４の動きは矢印Ｅで示す吸引される空気の主流の方向と一致している、塵埃がフィルタ濾材２１に付着するための力は空気の主流方向（矢印Ｅ）に働いているためこの逆の方向の力を衝撃的に加えることのできる本発明の構成は塵埃の離脱に適している。又フィルタユニット２０が前傾して設置してあるため塵埃は下方向に落下しやすく、再度吸引した場合の再付着も起こしにくい。又、フィルタ濾材２１の下流側をたたくためフィルタ濾材の耐久性にも問題は無い。

電動機３７を連続的に回転させることにより上記の動作が連続的に行われ、フィルタユニット２０を複数回叩くことにより除塵が効率よくできる。

図１４、図１５はフィルタユニット２０が掃除機本体１１に空気の主流方向（矢印Ｅ）に移動可能に取り付けられた例であり、図１５は集塵室１４の下流側から見た図を示す。集塵室１４に固定されたのフィルタユニット取り付け枠４０の溝部４０ａにフィルタユニット２０を空気の主流方向に摺動可能に取り付けられている。フィルタユニット２０の外枠２０ａは、一端が溝部４０ａの下流側側壁４０ｂに固定されたバネ４１で付勢され、溝部４０ａの上流側側壁４０ｃに当接され設置されている。フィルタユニット２０の外枠２０ａに固着された中央リブ４２にはラック歯車４５ａを設けた軸４５が固定されている。上記ラック歯車４５ａと噛み合った平歯車４６は一部分のみに歯切りがされており、駆動電動機３７の回転軸３７ａに固着されている。動作としては上述した例と同様で、ある程度の塵埃を吸引し微細塵がフィルタユニット２０の表面に付着蓄積した状態で、吸引を停止した後駆動電動機３７を駆動するとフィルタユニットが矢印Ｃの方向に移動し外枠２０ａは溝部４０ａの上流側側壁から離れる。一定距離移動したときラック歯車３５ａと平歯車３６の噛み合いが外れ、フィルタユニット２０は矢印Ｄの方向にバネの力で瞬時に戻り、溝部４０ａの上流側側壁４０ｃに外枠２０ａが打ちつけられ衝撃で塵埃がフィルタ濾材２１から離れ除塵される。この除塵手段３２であればフィルタ濾材２１を痛めることが無く大きな衝撃力を加えることができ除塵性能がさらによくなる。

図１６、１７はフィルタユニット２０が上下摺動可能なように集塵室１４に固定されたフィルタユニット取り付け枠５０に取り付けられた例である。フィルタユニット２０の外枠２０ａの上側面と取り付け枠５０上側側壁５０ａの間に設置されたバネ５１で付勢され下側面に当接している。フィルタユニット２０の中央リブ５２にはラック歯車５２ａが設けられ、電動機３７の回転軸３７ａに固定された平歯車５３に噛み合っている。平歯車５３は一部にのみ歯切りがされている。動作としてはフィルタユニット２０の動きが上下方向になった以外は上述した例と同様であり、電動機３７を駆動するとフィルタユニット２０は矢印Ｇで示すように上方向に移動し外枠２０ａは取り付け枠５０の下側側壁５０ｂから離れる。一定距離はなれた後歯車の噛み合いが外れると、バネ５１の力でフィルタ枠２０ａは矢印Ｈのように下方に瞬時に移動し、取り付け枠５０の下側側壁５０ｂにたたきつけられその衝撃でフィルタ濾材２１表面に付着した塵埃が離れ除塵が行われる。この除塵手段３２ではフィルタ濾材２１に上下方向の衝撃力を与えることができ、塵埃を下方向に落とすことが容易になり、集塵室１４の下方向のフィルタユニット２０から離れた場所に塵埃を落とすことができ吸引力により塵埃がフィルタユニット２０に再付着することが防止できる。

以上のように本発明によれば、フィルタユニットの塵埃を剥離しやすくし、除塵手段による塵埃の除塵性能を大幅に高めることでメンテナンスを軽減でき、かつ強力な吸い込み力を持続できるため、長時間にわたって電気掃除機の吸い込み性能を維持するのに特に有用である。

本発明の実施の形態１におけるフィルタユニットを用いた電気掃除機の一部断面図 同、集塵室の分解断面図 （ａ）同フィルタユニットの正面図（ｂ）同、底面図（ｃ）同、背面図（ｄ）同、側面図 同、フィルタ濾材の断面図 同、フィルタユニットの底面図 同、フィルタユニットの上流側からみた斜視図 同、下流側からみた斜視図 同、除塵回数と流量の関係を示す図 同、より除塵回数が多い場合の除塵回数と流量の関係を示す図 同、除塵回数と開き角度の関係を示す図 （ａ）本発明の実施の形態２における電気掃除機集塵室付近の断面図（ｂ）同、除塵をした状態を示す断面図 同、集塵室を下流側からみた図 （ａ）同、電動機でちり落とし板を移動させる状態を示す歯車部分の拡大図（ｂ）同、歯車の噛み合いがはなれた状態の歯車部分の拡大図 （ａ）同、他の構成の電気掃除機集塵室付近の断面図（ｂ）同、除塵をした状態を示す断面図 同、集塵室を下流側からみた図 （ａ）同、他の構成の電気掃除機集塵室付近の断面図（ｂ）同、除塵をした状態を示す断面図 同、集塵室を下流側からみた図

符号の説明

１２ 電動送風機
２０ フィルタユニット
２０ａ 外枠
２０ｃ 外枠の下部
２０ｅ 外枠の上部
２１ フィルタ濾材
２１ｃ 多孔室ＰＴＦＥ膜
２１ｄ 不織布

Claims (7)

1. 最上流側に設置した多孔質なＰＴＦＥ膜と、前記ＰＴＦＥ膜の下流側に不織布を貼り付けプリーツ状に折って構成され、プリーツの開き角度が１５度から３０度のフィルタユニット。
2. 外枠の面積を、１００〜１６０ｃｍ^２の範囲とした請求項１記載のフィルタユニット。
3. 請求項１又は２記載のフィルタユニットを、電動送風機によって吸引した塵埃を捕集するフィルタユニットとして用いた電気掃除機。
4. フィルタユニットはその上部が下部より吸気上流側に位置するよう傾斜させて設けた請求項３記載の電気掃除機。
5. フィルタ濾材に付着した塵埃を除塵する除塵手段を備えた請求項３又は４記載の電気掃除機。
6. 除塵手段はフィルタユニットの下流側を叩いて除塵する構成とした請求項５記載の電気掃除機。
7. 除塵手段はフィルタユニットを空気の主流方向に振動させる構成とした請求項５記載の電気掃除機。

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