JP2011078757A - 空気ろ過装置のための改良サイクロンチャンバー - Google Patents

Abstract

【課題】空気のサイクロン運動の物理的障害として作用しない改良流入ノズルを含むサイクロン掃除機を提供する。
【解決手段】チャンバーは基部の反対側の頂部及びそれらの間で伸びる側壁を含む。サイクロンチャンバーは好ましくは横断面が放物線型又は管状であって、頂端部に半球キャップを有する。基部は流出通路及びそれらの間で伸びる円錐形のフィルターを含む。流入通路は頂部に近接して備えられている。流入及び流出通路は平行であるが並んでいない。チャンバーの内部は滑らかである。流入及び流出通路の滑らかな内部及び中心線を外して配置される関係を有することによって、空気は流入通路とフィルターとの間でサイクロン通路を通過する。気流中のくずは遠心力によってフィルターから離れて外側へ押される。渦は基部に近接して形成される。くずはそこで気流から逃れて留まるか、又は重力と関連してチャンバーの配向に依存して気流に戻り、再度フィルターから離れる。
【選択図】図９

Description

発明の背景
関連出願の相互参照
本出願は、係属中の米国特許出願第１２／８００，５６９号の一部継続出願であり、その全体は本願において参照により援用される。

発明の技術分野
本発明は概して掃除機、特にサイクロン掃除機に関する。

先行技術
サイクロン掃除機は当技術分野で周知である。例えば、ダイソン（Dyson）に特許付与された米国特許第４，３７３，２２８号に、サイクロン掃除機が開示されている。そのような掃除機は、それらが従来のフィルターを必要としない点、又は通常サイクロン動作は従来のフィルターにごみ及びほこりを近づけないためそれが目詰まりすることを防ぐという点において、従来の掃除機に対する利点を提供する。これは、従来のフィルターの寿命を延ばし、フィルターの目詰まりによる掃除機の全体的な力が低下することを防ぐ両方の傾向がある。しかしながら、多くのサイクロン設計は掃除機の力の妨げとなる。最も多くのサイクロン設計において、サイクロン運動は、空気がサイクロンチャンバーから出る通路に対して有意な角度で空気がサイクロンチャンバーに入る構成とすることによって与えられる。この角度又は接線方向の流入はサイクロンチャンバー内で渦巻きを形成する。しかしながら、空気通路内の急旋回は必然的に空気がサイクロンチャンバーに入るときに空気の流れを遅くする。空気の流れを遅くすることは、掃除機の力を減少させる。結果及び全てのその他の同等なものとして、大部分のサイクロン掃除機の吸引力は同様のモータ及びファンを有する従来の掃除機によって提供される吸引力よりも弱いであろう。空気が通過するべき通路の長さは、抵抗を増加させるため、空気を遅くして掃除機の力を弱める。従って、あらゆる掃除機への付属品の取り付けはその力を減少させ得る。この弱さは付属品がサイクロン掃除機に追加されたときに促進され、サイクロン流はサイクロンチャンバーへ接線方向で流入することによって誘導される。

その他の先行技術のサイクロン設計において、サイクロン運動は湾曲ノズルによって与えられる。これらの掃除機はそれら自身に関連する問題を有する。そのような掃除機では、空気流入通路はノズルにつながり、サイクロンチャンバーへ伸びる。空気がノズル及びサイクロンチャンバーに入ると、ノズルの湾曲によって空気が所定の角度で側壁に当たるため、サイクロン運動を形成する。しかしながら、ノズルの本体それ自身はサイクロンチャンバー内に伸びているため、それが空気のサイクロン運動に対する物理的な障害として作用する。これによって実質的にサイクロン運動を阻止及び／又は破壊し、及び空気の流れを遅くする。結果として掃除機の吸引力は弱くなる。

上述の観点から、以下の目的を満たすサイクロン掃除機が望まれる。

米国特許第４，３７３，２２８号公報

発明の目的は、サイクロン掃除機を提供することである。

発明の他の目的は、空気のサイクロン運動の物理的障害として作用しない改良された流入ノズルを含むサイクロン掃除機を提供することである。

発明の他の目的は、吸引力が最適化されたサイクロン掃除機を提供することである。

さらに発明の他の目的は、サイクロンチャンバーに入ったときに空気が実質的に遅くならないサイクロン掃除機を提供することである。

さらに発明の他の目的は、様々な掃除機の付属品を受け取ることができるサイクロン掃除機を提供することである。

さらに発明の他の目的は、サイクロンチャンバーに出入りする空気の通路がほぼ平行であるサイクロン掃除機を提供することである。

さらに発明の他の目的は、サイクロンチャンバーの内部がほぼ滑らかであるサイクロン掃除機を提供することである。

さらに発明の他の目的は、サイクロンチャンバーの内部はほぼ障害物がないサイクロン掃除機を提供することである。

さらに発明の他の目的は、様々な掃除機において使用可能であるサイクロンチャンバーを提供することである。

本発明は掃除機及びその他の空気ろ過装置において使用するためのサイクロンチャンバーである。第１の好ましい実施形態では、サイクロンチャンバーは基部の反対側に頂部を備えており、側壁がその間で伸びている。サイクロンチャンバーは好ましくは一般的に横断面が放物線型か又は一般的に管状であり、頂端部に半球キャップを有している。基部は流出通路を備えている。円錐形のフィルターは流出通路から伸びている。フィルター及び流出通路は、操作の間に空気がフィルターを通過せずにサイクロンチャンバーから排出されないように構成されている。また、流入通路はチャンバーの頂端部に提供されている。流入通路及び流出通路は平行ではあるが、並んでいない。サイクロンチャンバーの内部はほぼ滑らかである。流入及び流出通路が中心線を外して配置される関係を有する組み合わせにおけるサイクロンチャンバーの滑らかな内壁によって、チャンバー内で空気は流入通路とフィルターとの間でサイクロン通路を通ることができる。気流に取り込まれるくずは、遠心力によってフィルターから離れてチャンバーの外側へ押され得る。渦はチャンバーの基部に近接するサイクロン通路において形成され得る。くずはそこで気流から逃れ得る。逃れたくずは基部に留まるか、重力に関連してチャンバーの配向に依存して、再度フィルターから離れる方向に向かう気流に戻り得る。

発明の他の好ましい実施形態では、サイクロンチャンバーの構造は上述したものと同様で、以下の偏差を有する。湾曲チャンバーは凹部空洞を備え得る。構造において、凹部空洞は、チャンバー内でサイクロン気流通路の外に配置され得る。この空洞内に配置されるものは湾曲流入ノズルで、前記ノズルは順に流入通路と連通し得る。ノズルがチャンバー内で気流の外に配置されると、空気のサイクロン運動の物理的な障害として作用しないであろう。

サイクロンチャンバーの好ましい実施形態の外観斜視図である。 図１のサイクロンチャンバーの水平断面図である。 図のサイクロンチャンバーの垂直断面図である。 サイクロンチャンバーの好ましい実施形態を含む携帯掃除機の斜視図である。 サイクロンチャンバーの好ましい実施形態を含むその他の携帯掃除機の垂直断面図である。 従来技術の湾曲ノズルを示す図である。 図６Ａの湾曲ノズルの従来の配置を示したサイクロンチャンバーの先行技術における内部図である。 本発明のサイクロンチャンバー及び湾曲ノズルの好ましい実施形態を含む携帯掃除機の好ましい実施形態の斜視図である。 図７の分解図である。 サイクロンチャンバーの好ましい実施形態の内部図である。 閉鎖位置におけるノズルフラップを示すサイクロンチャンバーの好ましい実施形態の内部図である。 矢印がさらにサイクロン通路を示し、わずかに開いて角度を有する位置におけるノズルフラップを示すサイクロンチャンバーの好ましい実施形態の内部図である。 サイクロンチャンバーの好ましい実施形態の後部斜視図である。 サイクロンチャンバーの好ましい実施形態の前部斜視図である。 図９のＡ−Ａ線に沿ったサイクロンチャンバーの好ましい実施形態の断面図である。 サイクロンチャンバーにおいて使用可能なフィルターの好ましい実施形態の斜視図である。

本発明は、掃除機２のためのチャンバー１を含む。チャンバー１の第１の好ましい実施形態が説明され、その後に第２の好ましい構成が続く。第１の好ましい実施形態では、サイクロンチャンバー１は基部４の反対側に頂部３、及びそれらの間で伸びる壁５を有する。サイクロンチャンバー１は一般的に横断面が放物線型か又は一般的に管状のどちらかであり、頂端部に半球キャップを有する。壁５の内壁６及び頂部３はほぼ滑らかで障害物がない。基部４から内部に伸びているものは流出通路１２であり、それは空気をサイクロンチャンバー１から排出可能とする流出開口部７において終了する。流出通路１２は好ましくは流出開口部７を基部４から分離する。好ましい実施形態では、流出開口部７は掃除機２の吸引力を作り出すことができるファン８に通じ得る。流出通路１２及び流出開口部７を覆い、サイクロンチャンバー１内で伸びているものはフィルター９である。フィルター９は好ましくは横断面が円錐形又は放物線型であり得る。フィルター９の外部もまた好ましくはほぼ滑らかである。任意の支持リブ１０及びそれと同類なものは、好ましくはフィルター９の内部にあり得る。流出通路１２、流出開口部７及びフィルター９は好ましくはサイクロンチャンバー１内で中央に配置される。フィルター９は空気がフィルター９を通過することなくサイクロンチャンバー１から流出通路１２へ通過できないように位置決めされなければならない。

流入開口部１１は頂部３に近接して備えられる。流入開口部１１は好ましくは横断面が楕円形である。本明細書において流入開口部１１は二次元の開口部であるように記載されているが、当然ながら流入開口部１１が、実際には通路、つまり流入通路１３であるようにいくらかの長さを有し得ることを理解されるであろう。これらの通路−流入通路１３及び流出通路１２−は好ましくは互いにほぼ平行であるが互いに中心線を外して配置（offset）される。

流入開口部１１を介してサイクロンチャンバー１に入る空気は流入開口部１１から流出開口部７へ移動しなければならない。壁５の滑らかな湾曲は湾曲通路においてサイクロンチャンバー１に入る空気及びくずを取り込むことができる。この通路は流入開口部１１から流出開口部７まで壁５に続いているため、サイクロンチャンバー１内でサイクロンフローパターンを空気に与えることができる。サイクロンチャンバー１に入る空気は、サイクロンチャンバー１内に入ってすぐに変わることに代えて、サイクロンチャンバー１の長さにわたって徐々に方向を変えることができるため、空気の流れは空気がサイクロンチャンバー１に入るときに抑制されず、空気の流れはほぼ層流のままである。これは空気が実質的に遅くなることなくサイクロンチャンバー１を通過して流れることを可能とし、それによって単位時間あたりにより多くの空気を掃除機２を通過して流すことを可能とするため、掃除機２の強さを増強させることができる。

上述したように、壁５の滑らかな湾曲、及びそれほど重要ではないが頂部３によって、サイクロンチャンバー１に入る空気及びくずをそれらが流入開口部１１から流出開口部７へサイクロンチャンバー１まわりを動くように、サイクロンパターンに従わせることが可能である。このサイクロン通路によって引き起こされる遠心力は気流内のほこり及びくずを壁５に向かって外側へ押してフィルター９から離すことができる。これによってほこり及びくずがフィルター９を詰まらせないように維持可能であり、掃除機２の強さを維持しながらそれの寿命を延ばすことができる。

壁５及び頂部３に障害物がないため、この領域において渦が形成するのを防ぎ得る。同様に、フィルター９の滑らかな外面はその表面に沿って渦が形成するのを防ぎ得る。これはこの領域において層状のサイクロン流を維持するために機能し得る。しかしながら、サイクロンチャンバー１の基部４には障害物が存在する。好ましくは、壁５が基部４と接触するところ及び流出通路１２が基部４から伸びるところで、比較的とがった角が提供される。同様に、その他の障害物もそこへ提供され得る。これらは渦を基部４の近くで形成させ得る。くずはこれらの渦においてサイクロン気流から落ちるであろう。重力に関連してサイクロンハウジング１の位置に依存して、気流から落ちるくずは基部４に落ちるか又は気流に戻り得る。基部４に落ちるくずは流出開口部７及びフィルター９から離れ得ることに留意しなければならない。基部４に堆積してフィルター９に移動するほこりに関して、サイクロン気流を通過しなければならず、上述したように遠心力を介してくずをフィルター９から離させる傾向がある。サイクロンチャンバー１はサイクロンチャンバー１内に収集されたあらゆるごみ及びくずが処分可能となるように、好ましくは基部４で又は基部４に近接して開放されなければならない。

好ましい実施形態では、ファン８はサイクロンチャンバー１からすぐ下流に配置される。しかしながら、１つ又は複数のサイクロンチャンバーがサイクロンチャンバー１の下流に提供されて、及びファンが全てのサイクロンチャンバーから下流に提供されるよう、複数のサイクロンチャンバーは連続して配置可能であることが理解されるであろう。

好ましい実施形態では、サイクロンチャンバー１は携帯（hand held）掃除機として示されている。しかしながら、サイクロンチャンバー１は任意の従来の掃除機システム又は空気ろ過システムにおいて使用可能であることが理解されるであろう。

本発明の第２の好ましい実施形態では、チャンバー１は上述したようにほぼ同様の方法で構成される。すなわち、チャンバー１は基部４、頂部３及び複数の側壁５によって規定され、サイクロン気流が発生され得る。しかしながら、本実施形態では、側壁５は凹部開口部５ａを含み、凹部空洞３４は凹部開口部５ａにおいて側壁５によって規定される。以下にさらに説明するように、凹部空洞３４は流入ノズル３３を収納し、空洞３３の配置及び構成はチャンバー１内でノズル３３をサイクロン気流通路から実質的に外に保持し得る。好ましい実施形態では、空洞３４はほぼ正方形又は長方形であり得る。

本発明の第２の好ましい実施形態の説明に続いて、流入ノズル３３は流入通路１３と連通可能である。流入ノズル３３は上面３３ｅを有する湾曲本体領域３３ａをさらに含み得る。流入ノズル３３は十分に空洞３４をほぼ埋めなければならず、かつ空気が凹部空洞３４に入るのを防ぐために、ノズル３３の上面３３ｅが側壁５の凹部開口部５ａを十分に閉じるようにさらに配置されなければならない。流入ノズル３３は一方通行弁３３ｃによって覆われた開口部３３ｂにおいてさらに終了し、一方通行弁３３ｃはチャンバー１の側壁５の湾曲にほぼ接線方向の角度で空気をサイクロンチャンバー１へ開放するように構成されている。好ましい実施形態では、一方通行弁３３ｃはラバーフラップ３３ｄを備え得る。ラバーフラップは当技術分野で周知であり、しばしば湾曲ノズルと共に使用される。図６Ａ参照。しかしながら、ラバーフラップ３３ｄの配置及び角度を有する開口部は本発明の新規な一部分であって、さらに以下に説明する。

使用において、凹部空洞３４を有するサイクロンチャンバー１は、任意の携帯掃除機の本体と共に使用可能である。しかしながら、真空源は掃除機に限定される必要はなく、チャンバー１はあらゆる適した高速空気浄化システムと共に使用可能である。

操作において、空気は流入通路１３と平行にサイクロンチャンバー１に入り、その後流入ノズル３３の本体領域３３ａに入り得る。サイクロン通路は以下に示されるように形成される。空気がチャンバー１の壁５の湾曲とほぼ接線方向の角度でノズル３３から排出されるように、ノズル３３の本体領域３３ａを通過して動く空気の力によってノズル３３の弁３３ｃを部分的及び一方向に開放し得る。空気は側壁５へ接線方向で接近するため、空気はチャンバー１まわり及びノズル３３の上面３３ｅを交差して循環通路を移動する。従って、チャンバー１の凹部空洞３４内のノズル３３の位置、角度を有する部分的に開いた弁３３ｃ及び側壁５の湾曲は、全てチャンバー１内で空気にサイクロンフローパターンを与える互いに発明の好ましい特徴である。そのようなサイクロンパターンが形成された後に、ノズル３３はフローパターンと最小限にのみ干渉し得る。上述したように、凹部空洞３３の配置及び構成によって、チャンバー１内でノズル３３をサイクロン気流通路のほぼ外に保持可能である。さらに、上述したように、ノズル３３の上面３３ｅは空気が凹部空洞３４に入ることを十分に防ぎ得る。このようにして、サイクロン気流パターンは維持され得る。さらに空気の循環運動を促進するために、ノズル３３とチャンバーの壁５との間の任意の間隔は、これらの領域において渦が形成されるのを防ぎ及び層状サイクロン流を維持するために、好ましくは最小化又は除去することが可能である。

チャンバー１のこの上述された好ましい構成は、従来技術とは対照的であり、それは上述したようにノズル３３の本体は気流の外にあるのではないため、空気のサイクロン運動に対する物理的な障害として作用する。図６Ｂ参照。従って、側壁５の内壁６及び頂部３をほぼ滑らか且つ障害物がなく保持することによって、且つノズル３３と側壁５ａとの間のあらゆる隙間を除去することによって、循環運動はフィルター９まわりでより効率よく維持される。これによって、ごみ、くず及びその他の粒子がフィルター９に落ちて目詰まりさせることを防ぐことができる。このようにして、フィルター９の完全性及び寿命は保存され得る。

フィルター９は以前に説明したものと同一であってもよく、あるいはフィルター９はプリーツ９ａを含むことで空気の通路に対して増加した表面積を提供し、結果としてより効果的な掃除が可能である。

任意の様々な従来の掃除機付属品１４を流入通路１３の上流に加えることができる。付属品１４は隙間ノズル、固定ブラシ、及び電動回転ブラシを含む。掃除機に対する任意のそのような器具の追加は、掃除機の外側と真空源、すなわちファン、との間の距離を増加させるため、必然的に掃除機の力を弱め得る。しかしながら、サイクロンチャンバー１は同類のサイクロンフィルターよりもより効率的であるため、サイクロンチャンバー１を含む掃除機においてより多くの真空吸引力が利用可能である。最終結果は、サイクロンチャンバー１を有する掃除機は、従来のサイクロンフィルターを含む同様の掃除機よりも、付属品を効率的に操作するために必要な吸引力を提供可能であろう。

本発明がその好ましい実施形態に関して説明されてきたが、その他の実施形態は前述を参照することで当業者に理解されるであろう。好ましい実施形態と同様に、それらの実施形態は以下の特許請求の範囲及び精神によって包含されることが意図される。

Claims (15)

1. 真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、チャンバーは、
   頂部の反対側の基部とそれらの間で伸びる複数の側壁と、
   流出通路と、
   頂部と近接して基部から遠位の側壁に含まれる流入開口部から伸びる流入通路とを含み、
   頂部及び側壁は内面を有し、内面はほぼ滑らかであって、チャンバーの側壁は凹部開口部を有しており、
   チャンバーは、凹部開口部において側壁によって規定される凹部空洞と、
   空洞内に配置される流入ノズルと、
   流出通路にわたって配置されるフィルターとをさらに含み、
   流入ノズルは流入通路と連通し、流入ノズルは上面を有する湾曲本体をさらに有し、湾曲本体は一方通行弁によって覆われた開口部において終了し、一方通行弁は側壁の湾曲とほぼ接線方向でチャンバー内に空気を放出するよう選択された角度で開くように構成され、流出通路を介してチャンバーから出る空気は必ずフィルターを通過し、
   真空源は流出通路と共に流体連結が行われることで、真空源の操作により、空気を流入通路及び流入ノズルを介してチャンバー内に引き入れ、空気は選択された角度で一方向弁を通過して放出され、空気はチャンバーの側壁まわり及びノズルの上面を横断してサイクロン通路を移動し、凹部空洞はチャンバー内で気流のサイクロン通路のほぼ外に流入ノズルを保持するようにさらに構成されているサイクロン集塵チャンバー。
2. 請求項１の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   凹部開口部はほぼ閉鎖されているサイクロン集塵チャンバー。
3. 請求項２の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   ノズルの上面は凹部開口部をほぼ閉鎖するサイクロン集塵チャンバー。
4. 請求項１の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   一方向弁はゴムフラップを含むサイクロン集塵チャンバー。
5. 請求項１の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   凹部空洞はほぼ長方形であるサイクロンダスト収集チャンバー。
6. 請求項１の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   フィルターはプリーツを含むサイクロン集塵チャンバー。
7. 真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、チャンバーは、
   頂部の反対側の基部とそれらの間で伸びる側壁と、
   前記頂部に向かって前記基部から伸びる流出通路と、
   前記頂部と近接して前記基部から遠位の前記側壁に含まれる流入開口部から伸びる流入通路と、
   前記流出開口部にわたって配置されるフィルターとを含み、
   前記頂部及び側壁は内面を有し、前記内面はほぼなめらかであって、前記流出通路は前記基部から遠位にある流出開口部を有し、前記流出開口部は長手方向軸をさらに有しており、前記流入通路及び前記流出通路の前記長手方向軸はほぼ水平であり、前記流入通路及び前記流出通路の前記長手方向軸は並んでおらず、前記流出開口部を介して前記チャンバーから出る空気は必ず前記フィルターを通過し、
   前記真空源は前記流出通路と共に流体連結が行われることで、前記真空源の操作により、空気を前記流入通路を介して前記チャンバー内に引き入れ、サイクロン通路に沿って前記チャンバーを通過して、前記流出通路を介して前記チャンバーを出るサイクロン集塵チャンバー。
8. 請求項１又は７の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   前記頂部及び前記側壁の前記内面はあらゆる空気力学的な障害がほぼないサイクロン集塵チャンバー。
9. 請求項１又は８の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
   前記チャンバーは横断面がほぼ放物線型であるサイクロン集塵チャンバー。
10. 請求項１又は８の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
    前記フィルターは横断面がほぼ放物線型であるサイクロン集塵チャンバー。
11. 請求項１又は１０の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
    前記フィルターはほぼ滑らかである外面を有するサイクロン集塵チャンバー。
12. 請求項１又は８の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
    前記フィルターはほぼ円錐形であるサイクロン集塵チャンバー。
13. 請求項１又は８の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
    前記サイクロン集塵チャンバーは掃除機内に含まれるサイクロン集塵チャンバー。
14. 請求項１３の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
    前記流入通路に操作可能に流体連結される少なくとも１つの掃除機の付属品を含むサイクロン集塵チャンバー。
15. 請求項１４の真空源と共に使用するためのサイクロン集塵チャンバーであって、
    前記掃除機の付属品は電動ブラシであるサイクロン集塵チャンバー。

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