JP2012081060A - 真空吸引式掃除機用パックフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】真空吸引式掃除機による集塵において微細塵埃の漏れをなくし、微細塵埃を漏れなく封じ込め、以って集塵効率をより一層高める。
【解決手段】真空吸引式掃除機に使用するパックフィルターについて、表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素１１、１２、１３を備え、上記フィルター要素を重ねて少なくとも３段階のフィルターを構成するとともに、表面積の最も大きいフィルター要素と中間のフィルター要素及び表面積の最も小さいフィルター要素の袋口を合わせて吸引口１６とし、上記パックフィルターを重ねた、少なくとも、表面積の最も小さいフィルター要素と中間のフィルター要素との間には内側空間１４、中間のフィルター要素と表面積の最も大きいフィルター要素との間には外側空間１５を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空吸引式掃除機に使用するパックフィルターに関するものである。

真空吸引式掃除機では、吸引した異物をパックフィルターなどと通称されている袋状容器に捕集する。捕集した異物は、掃除機本体から取り出したパックフィルターごと廃棄するものであり、この使い捨て方式のパックフィルターによる異物の処理方式は現在の真空吸引式掃除機の主流になっている。パックフィルターでは、その吸引口回りから微細な塵埃の漏れ出る恐れがあるため、紙パックフィルターを１次フィルターとして使用し、微細塵埃は２次フィルターによって濾過集塵しているのが実情である。しかし、１次フィルターの紙パックのみで微細塵埃を完全に捕集できる構造のものがなく、また、目詰まり現象を起こし易いことも使用者から不満が多く出る問題である。目詰まり現象は、様々な粒径の異物が吸引されることと、フィルター単位面積当りの吸引圧力が関係することであるので、従来のパックフィルターは本質的な問題を含んでいるとも言える。

１次フィルターとしてサイクロンを用いる真空吸引式掃除機も販売されている。この場合の吸引空気量は、気流に含まれている異物の量（ゴミの多少）、床ブラシ付きのノズルや隙間ノズルなどの吸引ノズルの構造、或いは清掃対象である床の状態がカーペットであるかフローリングであるかなどの要因によって変化する。つまり、上記のような作業上の要因又は構造上の原因によって、吸引空気量が大〜小、小〜大と変化し、安定することがなく、絶えず脈動し続けることになる。その結果、サイクロン方式だけでは安定した性能を発揮できないため集塵効率も変化し、結局、吸引した異物を濾過方式の２次フィルターによって分離することも必要であり、そのため２次フィルターに掛かる負担も相当大きいものとなる。

先行技術には特開平２−１１６３３８号（特許第２５８９３５５号）があり、それは、通気性を有する紙製の外袋と、この外袋の内側に配設されこの外袋より目の粗い紙製の中袋と、この中袋の内側に配設され合成樹脂製極細繊維を有するシート状体にて形成された通気性を有する内袋とを具備したことを特徴とする電気掃除機の集塵袋の発明である。同発明は重層構造の集塵袋において微細塵の捕集効率を向上させるために、紙の目を細かくすると、通気性が低下して吸い込み性能が低下することを問題点とし、外袋と内袋との間に目の粗い中袋を配置して、風圧による外袋と中袋の密着を防止し、気流の通路を確保しようとするものである。中袋を間隔保持に利用するという発想であるが、中袋の厚さによって密着を防止する程度の空間は極めて限定的である。そもそも、重層構造は全体的にフィルターが積層され一体構造となったものに過ぎないから、内袋が目詰まりするまでの時間を延長できるだけであると判断される。また、上記発明のものでは、中袋がなければ、風圧によって内袋と外袋が密着する条件であるから、単位面積当たりの圧力が高過ぎ、微細塵埃を漏れなく封じ込めることに無理がある。

特開平２−１１６３３８号

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、真空吸引式掃除機による集塵において微細塵埃の漏れをなくし、微細塵埃を漏れなく封じ込め、以って集塵効率をより一層高めることである。また、本発明の他の課題は、パックフィルターの目詰まり現象を抑制し、２次フィルターにおける集塵負荷の軽減を図ることである。

前記の課題を解決するため、本発明は、真空吸引式掃除機に使用するパックフィルターとして、表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素を備えており、上記フィルター要素を重ねて少なくとも３段階のフィルターを構成するとともに、表面積の最も大きいフィルター要素と中間のフィルター要素及び表面積の最も小さいフィルター要素の袋口を合わせて吸引口とし、上記パックフィルターを重ねた、少なくとも、表面積の最も小さいフィルター要素と中間のフィルター要素との間には内側空間、中間のフィルター要素と表面積の最も大きいフィルター要素との間には外側空間を形成するという手段を講じたものである。

本発明は上記したように微細塵埃の漏れをなくし、微細塵埃を漏れなく封じ込めることを目的とするものである。本発明者は、長年にわたる真空吸引式掃除機の開発を通じて、微細塵埃は微細であるためにフィルターを通過し易く、これを捕集するには、これまで主として行われてきたようなフィルター性能に依存するのでは限界があり、微細塵埃が出来るだけ低速でフィルターに到達することが必要であるという知見を得ている。そしてこの低速化による微細塵埃の捕集の実現のために、表面積を大小異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素を必要とするものである。表面積の最も小さいフィルター要素に気流が衝突する際の圧力が最も大きく、表面積の最も大きいフィルター要素に気流が衝突する際の圧力が最も小さく、中間のフィルター要素に気流が衝突する際の圧力は上記最大の圧力と最小の圧力の中間とすれば、上記少なくとも３段階の圧力降下を通じて異物を捕集するものともいえる。

本発明は、表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素を備えて、上記フィルター要素を重ねて少なくとも３段階のフィルターを構成するとともに、全部のフィルター要素の袋口を合わせて吸引口とする。表面積を異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素は、表面積の最も大きいフィルター要素の中に表面積が中間のフィルター要素、中間のフィルター要素の中に表面積の最も小さいフィルター要素というように少なくとも３段階に、しかも、間に空間を設けて重ねる。即ち、上記パックフィルターの、少なくとも、最内側の表面積の最も小さいフィルター要素と中間のフィルター要素との間には内側空間、中間のフィルター要素と最外側の表面積の最も大きいフィルター要素との間には外側空間を形成する。内側空間及び外側空間は、吸引気流によってフィルター要素が夫々の表面積にまで膨らんで、十分にフィルターによる濾過効果を発揮させるためである。なお、フィルター要素の個数を少なくとも３個とするのは、２段階のフィルター要素による場合でも効果はあるがそれ以上ではないのに対して、３段階のフィルター要素によるものとすれば、より完全に目的を達成できることを確認しているからである。

上記の構成において、少なくとも３個の袋状のフィルター要素の表面積を大、中、小と異にする理由は、各フィルター要素に到達した吸引気流の流速を出来るだけ低速でフィルターに到達させ、吸引気流とともに流動して来る微細塵埃を捕集するためである。即ち、吸引気流は、少なくとも３個のフィルター要素の袋口を合わせて形成される吸引口から最も小さいフィルター要素に最初に流入し、最後に最も大きいフィルター要素から流出するまで、少なくとも３段階の速度低下を経るといえる。その吸引気流の流速は最も小さいフィルターで最大であり、その表面積は最小であるので、フィルターに当たった微細塵埃でも下限に近い粒径のものは気流に乗って通過してしまう可能性がある。しかし、次の段階では表面積の最も小さいフィルター要素の通過抵抗によって吸引気流の流速は低下しているので、上記小さいフィルター要素を通過した微細塵埃でもフィルターに当たれば捕集可能となる。以下、表面積の最も大きいフィルター要素まで同様の作用が繰り返される。

他方、３個の袋状フィルター要素は表面積を大、中、正と異にするので、吸引口から吸引され、小さいフィルター要素に気流が衝突する際の圧力が最も大きく、大きいフィルター要素に気流が衝突する際の圧力が最も小さく、中間のフィルター要素に気流が衝突する際の圧力は上記最大の圧力と最小の圧力の中間となる。このようにして少なくとも３段階の圧力降下を生じて、吸引気流は段階的に低圧化されて行き、かつ、流速も大きい段階からより低速化されて行くので、微細塵埃を確実に捕集することができるものである。

上記の説明では、フィルター要素自体の構造ないし性能については、特に、条件に入れていない。言い換えるならば、上記は、各フィルター要素のメッシュが同じであることを前提とした議論である。表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素はフィルターの性能が同じものであっても、集塵効率を著しく高められるということができる。各フィルター要素に気流が衝突する際の圧力が同じでも、各フィルター要素のメッシュや、通過抵抗等の条件が変化すれば捕集効果も変わり得るのであるから、圧力が暫時低下する本発明では、例えば、メッシュを段階的に小さくするなどフィルター要素の条件を変更することで、微細塵埃の捕集性能をより精密に設定することができるのは当然である。即ち、本発明ではフィルター構造や材料等の選択によって、さらに、性能向上を図る余地がある。

本発明は、このように吸引気流の流速を出来るだけ低速で、かつまた、低圧化してフィルターに到達させることで、特に、微細な塵埃を確実かつ効率的に捕集することを目的としている。本発明のパックフィルターによって捕集できるものは塵埃に限らず、吸引気流とともに流動して来るものであれば全て捕集の対象となることは勿論であるが、なお、本発明において捕集の対象となる微細塵埃は、例えば、ＨＥＰＡフィルターでなければ捕集できない程度の粒径のものまでである。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、吸引気流は少なくとも３個のフィルター要素を通過することによって段階的に流速が低速化されるとともに、少なくとも３段階の圧力降下を生じて、段階的に低圧化されて行くので、真空吸引式掃除機による集塵において微細塵埃の漏れをなくし、微細塵埃を漏れなく封じ込め、以って集塵効率をより一層高めることができるという効果を奏する。また、本発明によれば、吸引気流の段階的な低速化によってパックフィルターの目詰まり現象も抑制されるので、２次フィルター、即ち、ＨＥＰＡフィルター等の最終フィルターにおける集塵負荷の軽減を図ることができる。

以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係るパックフィルター１０の例１を示す概念的な断面図であり、１１は表面積の最も小さいフィルター要素であるフィルターＡ、１２は中間の表面積を有するフィルター要素であるフィルターＢ、１３は表面積の最も大きいフィルター要素であるフィルターＣを示している。フィルターＡの表面積をＳ_Ａ、フィルターＢの表面積をＳ_Ｂ、フィルターＣの表面積をＳ_Ｃとするとき、Ｓ_Ａ＜Ｓ_Ｂ＜Ｓ_Ｃである。なお、例１の各フィルターＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれがほぼ滑らかな曲面から成る袋状のものであり、例えば、合成繊維から成る織布、不織布等を加工して形成することができる。

各フィルター要素の表面積が、どの程度割合で大きくなければならないかについて特に制限はないが、フィルターＣについてはフィルターＢが十分に膨らみ得る外側空間１５を形成できること、また、フィルターＢについてはフィルターＡが十分に膨らみ得る内側空間１４を形成できることが最小限度の条件となる。これらのフィルター要素により少なくとも３段階のフィルターを構成するとともに、大きいフィルター要素と中間のフィルター要素及び小さいフィルター要素の袋口を溶着、又は接着により閉じ合わせて吸引口１６とする。１７は吸引口に取り付けた口枠を示す。

図２は本発明に係る例２のパックフィルター２０を示す、図１と同様に概念的な断面図であり、２１は表面積の最も小さいフィルター要素であるフィルターＡ、２２は中間の表面積を有するフィルター要素であるフィルターＢ、２３は表面積の最も大きいフィルター要素であるフィルターＣを示す。図１と同様にフィルターＡの表面積をＳ_Ａ、フィルターＢの表面積をＳ_Ｂ、フィルターＣの表面積をＳ_Ｃとするとき、Ｓ_Ａ＜Ｓ_Ｂ＜Ｓ_Ｃとする。例２の各フィルターＡ、Ｂ、Ｃは、夫々が折り曲げて成形した角をもつ袋状のものである。例２のものは、例えば、合成繊維から成る織布、不織布等を用いて、より一般的な曲げ加工によって形成することができるので、例１のものよりも量産性が良く、より安価に提供することができる。

例１と例２の差は、上記のような生産効率上のものであり、図示した形状も便宜上のものであって、例１と同様に薄いプラスチックシートないしはフィルムを用いて形成されているものであることから、各フィルター要素は吸引気流を受ければ膨らむので、角が取れて全体に丸みを帯びた形状に変わり、例１のものとあまり変わらなくなる。表面積の最も大きいフィルター要素と中間のフィルター要素及び表面積の最も小さいフィルター要素の袋口を溶着、又は接着により閉じ合わせて吸引口２６とする。吸引口２６には口枠２７が取り付けられる。

例１、例２に記載した表面積Ｓ_Ａ、Ｓ_Ｂ、Ｓ_Ｃを有するパックフィルター１０、２０において、ブロワ（後述する吸引ブロワ３６、３７と同様のもの。）による吸引風量をＱとすると、各フィルター要素における濾過速度Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３は以下のとおりである。
フィルターＡの濾過速度＝Ｖ_１＝Ｓ_Ａ÷Ｑ
フィルターＢの濾過速度＝Ｖ_２＝Ｓ_Ｂ÷Ｑ
フィルターＣの濾過速度＝Ｖ_３＝Ｓ_Ｃ÷Ｑ
各フィルターの表面積は、Ｓ_Ａ＜Ｓ_Ｂ＜Ｓ_Ｃであるから、Ｖ_１＞Ｖ_２＞Ｖ_３となる。従って、濾過速度はフィルターＡにおいて最大であり、Ｂにおいて中間となり、Ｃにおいて最小となるので、フィルターＡとフィルターＢを通過できた微細塵埃でも、最後のフィルターＣで捕捉されることになる。図１と図２に、２．通過、３．通過、４．捕集とあるのはこのことを意味している。

本発明では、各フィルター要素における濾過速度Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３がこのように低下し、吸引気流の流速が出来る限り低速化する。吸引気流は吸引口１６、２６から表面積の小さいフィルター要素１１、２１の内部空間１８へ流入することでも膨張し、各フィルター要素１１〜２３を通過し、表面積の小さいフィルター要素１１、２１から内側空間１４、２４へ、また、外側空間１５、２５へ、さらに、フィルター要素１３の外部空間１９へと膨張しながら流出する。これによって、少なくとも３段階、最初の膨張を含めるならば４段階の圧力降下を生じる。こうして吸引気流は段階的に低圧化され、かつ、流速も大きい段階からより低速化されて行くことで、微細塵埃を漏れなく封じ込めることができる。本発明のパックフィルター１０、２０は、このような吸引気流の低速化と低圧化を経て、微細塵埃を各フィルター要素に到達させるものであり、かくして微細塵埃の漏れもほぼ完全になくなる。

図３は上記例１のパックフィルター１０の外観を示したものである。袋状の外形的形態を観察する限り特別のものではないが、表面積の最も小さいフィルター要素１１であるフィルターＡ、中間の表面積を有するフィルター要素１２であるフィルターＢ、表面積の最も大きいフィルター要素１３であるフィルターＣが、夫々内側空間１４、外側空間１５を介して截然と分離され、内側空間１４、外側空間１５そしてフィルター要素１３の外部空間１９へと圧力降下を生じる構造を有するものであることが分かるであろう。なお、フィルター要素１１、２１、１２、２２、１３、２３それ自体の構造ないし性能については、特に、条件に入れていないが、しかし、現在公知の濾過機能を有する材料を用いてフィルター要素１１、２１、１２、２２、１３、２３を形成し得ることは選択事項であり、自由になし得ることである。

本発明のパックフィルター１０、２０は、例えば、図４及び図５に示す真空吸引式掃除機３０に装着して使用することができる。図中、３１は掃除機本体、３２はその下部に配置した吸引胴部であり、掃除機本体３１に着脱可能に取り付けられている。吸引胴部３２の側面にはパックフィルター１０、２０の吸引口１６、２６と適合する位置にパイプが接続部３３として取り付けられており、上記パックフィルター１０、２０は接続部３３に口枠１７、２７の部分にて嵌め込んで気密に取り付けられる。このため、本発明のパックフィルター１０、２０を用いる真空吸引式掃除機３０では、吸引口周りから塵埃の漏れ出る恐れはない。なお、接続パイプ３３には吸引ノズルのホースが接続される。

３４は袋押さえ部材、３５は駆動源であるモーター、３６は吸引用ブロワ、３７は冷却用ブロワ、３８は２次フィルターであり、いわゆるＨＥＰＡフィルターとして知られる、高性能のエアフィルターを使用することができる。本発明のパックフィルター１０、２０は吸引胴部３２の内部の気密空間に収められており、上記気密空間は、前述のフィルター要素１３の外部空間１９として機能する。さらに、３９は車輪３９ａ、３９ｂを有する台車式の掃除機枠、４１はレバーである。レバー４１は、掃除機枠３９に端部支軸４１ａで軸支されるとともに、上記モーター３５及びブロワ３６、３７を有する吸引機部４０に中間支軸４１ｂで軸支されており、他端のハンドル４１ｃを上げ下げして吸引機部４０を吸引胴部３２に対して分離、接続する際に使用する。なお、吸引胴部３２は上部のみ開口しているが、上部開口は吸引機部４０の接続時にリッド４０ａによって気密に閉塞される。

上記の真空吸引式掃除機３０は、本発明を業務用の電気掃除機に適用した場合の一例である。ＨＥＰＡフィルターを用いた２次フィルター３８は、主として直径が１〜１０μｍのガラス繊維から成り、ＪＩＳの規定によれば、「定格風量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率を持ち、かつ、所期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を持つエアフィルター」の性能を有する（ＪＩＳ Ｚ ８１２２）。なお、吸引用ブロワ３６の冷却のために冷却用ブロワ３７が設けられており、夫々フィルターによる濾過排気を行う。

このように構成されている本発明を適用した真空吸引式掃除機３０によれば、ノズルから吸引された気流は、前記と同様に表面積の小さいフィルター要素１１、２１の内部空間１８へ流入することで膨張し、各フィルター要素１１〜２３を通過し、表面積の小さいフィルター要素１１、２１から内側空間１４、２４へ、また、外側空間１５、２５へ、さらに、フィルター要素１３の外部空間１９へと膨張しながら流出することによって十分に低速化され、かつ、４段階の圧力降下を経て吸引気流は段階的に低圧化され、吸引胴部３２の中の外部空間１９において十分にフィルター要素１１、２１、１２、２２、１３、２３を膨張させるとともに、微細塵埃を漏れなく封じ込めることができる。こうして十分に清浄化された吸引気流を２次フィルターに送り、最終的に濾過の上、極めて高度に清浄化された空気を排気するものである。

図４、図５においては業務用の電気掃除機に適用した場合を例として説明したが、本発明のパックフィルターはあらゆる真空吸引式掃除機に適用することができるものであり、例えば家庭用の電気掃除機に使用することにも何の障害もない。少なくとも３個の袋状フィルターの表面積をどのように決定すべきかについては、既に一部触れているのでここでは繰り返さないが、敢えて一例を挙げれば外側空間の容積が内側空間の１０〜３０％程度は増大することが望ましい。表面積の最も小さいフィルター要素１１、２１から内側空間１４、２４へ、また、中間のフィルター要素１２、２２から外側空間１５、２５へと流入することによって、吸引気流は低速化、かつ、低圧化されるが、面積は寸法増大率の２乗で効いてくるので、中間のフィルター要素１２、２２の増大率と表面積の最も大きいフィルター要素１３、２３の各前段要素に対する表面積の増大率が同じである必要はなく、下流側の増大率を徐々に小さくしても良い。微細塵埃は、表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素１１、２１、１２、２２、１３、２３で捕捉されると、そのフィルター要素１１、２１の内部の内部空間１８と、内側空間１４、２４及び外側空間１５、２５に溜まり、事後、パックフィルターごと廃棄する。

本発明に係る真空吸引式掃除機用パックフィルターの例１を示す断面説明図である。 同じく本発明に係る真空吸引式掃除機用パックフィルターの例２を示す断面説明図である。 例１のものの外観を示す斜視図である。 本発明に係るパックフィルターを使用する真空吸引式掃除機の一例を示す要部の側面図である。 同上の全体を示す側面図である。

１０、２０ パックフィルター
１１、２１ 表面積の小さいフィルター要素
１２、２２ 中間の表面積を有するフィルター要素
１３、２３ 表面積の大きいフィルター要素
１４、２４ 内側空間
１５、２５ 外側空間
１６、２６ 吸引口
１７、２７ 口枠
１８、２８ 内部空間
１９、２９ 外部空間
３０ 真空吸引式掃除
３１ 掃除機本体
３２ 吸引胴部
３３ 接続部
３４ 袋押さえ部材
３５ モーター
３６、３７ ブロワ
３８ ２次フィルター
３９ 掃除機枠
４０ 吸引機部
４１ レバー

Claims (2)

1. 真空吸引式掃除機に使用するパックフィルターであって、
   表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素を備え、上記フィルター要素を重ねて少なくとも３段階のフィルターを構成するとともに、表面積の最も大きいフィルター要素と中間のフィルター要素及び表面積の最も小さいフィルター要素の袋口を合わせて吸引口とし、
   上記パックフィルターを重ねた、少なくとも、表面積の最も小さいフィルター要素と中間のフィルター要素との間には内側空間、中間のフィルター要素と表面積の最も大きいフィルター要素との間には外側空間を形成するものとした
   ことを特徴とする真空吸引式掃除機用パックフィルター。
2. 表面積を大、中、小と異にする少なくとも３個の袋状のフィルター要素は、夫々のメッシュが事実上同じであることを特徴とする請求項１記載の真空吸引式掃除機用パックフィルター。

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