JP2017192615A - サイクロン分離装置及びこれを備える電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイクロン分離装置の外形寸法の空間内に占める集塵性能に寄与しない無駄な空間の比率を低下させることで、従来より小型化かつ集塵性能を向上したサイクロン分離装置並びに該サイクロン分離装置を搭載した電気掃除機を提供することである。【解決手段】 本発明に係るサイクロン分離装置は、筒状に形成され含塵空気を筒状内で旋回させ含塵空気から塵埃を分離する旋回室と、旋回室に含塵空気を導入する流入管と、旋回室の側壁の外周を覆うように形成され旋回室で分離された塵埃を捕集する第１集塵室と、を備え、第１集塵室の最上部は、旋回室の最上部よりも低い位置に配置され第１集塵室の最上部と旋回室の最上部との間の旋回室の側壁に流入口を設け、流入管は、第１集塵室の最上部より上部の旋回室を高さとする空間の内部に少なくとも一部が配置され旋回室の側壁に対する接線方向に接続した構成である。【選択図】図５

Description

本発明は、サイクロン分離装置及びこれを備える電気掃除機に関するものである。

特許文献１は、サイクロン分離装置を備える電気掃除機を開示している。当該サイクロン分離装置において、流入口から流入した含塵空気は、旋回室の側壁に沿って旋回し、塵埃が遠心力により空気から分離される。分離された塵埃は、流入口より下流側で、旋回室の側壁に形成された開口部を介して、旋回室の周囲を覆うように形成される集塵室に捕集される。

特開２０１３−９４３３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサイクロン分離装置においては、旋回室の一部の外周を集塵室で覆うので、集塵室で覆われない旋回室の周囲に集塵性能に寄与しない無駄な空間が発生するため、従来と比較してサイクロン分離装置の外形寸法の空間内に占める集塵性能に寄与しない無駄な空間の比率が高くなり装置が大型化する課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、サイクロン分離装置の外形寸法の空間内に占める集塵性能に寄与しない無駄な空間の比率を低下させることで、従来より小型化かつ集塵性能を向上したサイクロン分離装置並びに該サイクロン分離装置を搭載した電気掃除機を提供することである。

本発明に係るサイクロン分離装置は、筒状に形成され含塵空気を筒状内で旋回させ含塵空気から塵埃を分離する旋回室と、旋回室に含塵空気を導入する流入管と、旋回室の側壁に形成され流入管から旋回室に含塵空気を流入させる流入口と、旋回室の端部に配置され旋回室の内部の空気を排出する排出管と、流入口より下流側の旋回室の側壁を開口して形成される第１開口部と、第１開口部を介して旋回室と連通し旋回室の側壁の外周を覆うように形成され旋回室で分離された塵埃を捕集する第１集塵室と、を備え、第１集塵室の最上部は、旋回室の最上部よりも低い位置に配置され第１集塵室の最上部と旋回室の最上部との間の旋回室の側壁に流入口を設け、流入管は、第１集塵室の最上部より上部の旋回室を高さとする空間の内部に少なくとも一部が配置され旋回室の側壁に対する接線方向に接続した構成である。

本発明によれば、サイクロン分離装置の外形寸法の空間内に占める集塵性能に寄与しない無駄な空間の比率を低下させることで、従来より小型化かつ集塵性能を向上したサイクロン分離装置並びに該サイクロン分離装置を搭載した電気掃除機を提供できる。

本発明の実施の形態１を示す掃除機本体の斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す掃除機本体の前面図である。 本発明の実施の形態１を示す掃除機本体の側面図である。 図２に示す掃除機本体のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態１を示す集塵ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す集塵ユニットの前面図である。 本発明の実施の形態１を示す集塵ユニットの側面図である。 本発明の実施の形態１を示す集塵ユニットの上面図である。 図８に示す集塵ユニットのＢ−Ｂ断面図である。 図９に示す集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態１の第１変形例を示す集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態１の第２変形例を示す集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態２を示す集塵ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態２を示す集塵ユニットの側面図である。 本発明の実施の形態３を示す集塵ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態３を示す集塵ユニットの側面図である。

添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における掃除機本体の斜視図を示すものである。図２は本発明の実施の形態１における掃除機本体の前面図、図３は本発明の実施の形態１における掃除機本体の側面図を示すものである。

掃除機本体１は、コードレスタイプの縦型電気掃除機である。図１から図３に示すように、掃除機本体１は、ボディ２、取っ手３、吸込管４、延長管５及び吸込具６を有している。吸込具６は、接続部６ａを有している。以下、掃除機本体１が直立した状態において、取っ手３に対して吸込管４が位置する方向を下方とする。

取っ手３及び吸込管４は、ボディ２の長手方向に沿って、ボディ２の前側に設けられている。取っ手３は、使用者が清掃時に把持するためものである。取っ手３の前面には、掃除機本体１の運転を制御するための操作スイッチ７が設けられている。吸込管４は、外観上は、取っ手３と連続するように形成されている。吸込管４の下端は、ボディ２の下端よりも下方に位置している。延長管５の一端は、吸込管４の下端に接続されている。延長管５の他端は、吸込具６の接続部６ａに接続されている。延長管５は、吸込管４及び吸込具６に対して着脱可能に形成されている。

延長管５は、例えば、矩形筒状で直線状な部材である。吸込管４は、例えば、延長管５と同様の矩形筒状である。取っ手３の前面及び左右の側面は、延長管５と連続する形状に形成されている。つまり、取っ手３、吸込管４及び延長管５は、外観上は一定の幅で連続するように形成されている。図２及び図３に示すように、取っ手３、吸込管４及び延長管５は、前面視及び後面視において、ボディ２の左右方向における中央と重なるように配置されている。

吸込具６は、下向きに形成された図示しない開口から、例えば床面上のごみ及び塵埃を空気と一緒に吸い込むためのものである。図２及び図３に示すように、前面視及び後面視において、吸込具６の幅は、ボディ２の幅よりも大きい。また、図２及び図３に示すように、接続部６ａは、吸込具６の長手方向における中央に設けられている。

ボディ２は、内部に取り込んだ空気からごみ及び塵埃を分離し、ごみ及び塵埃が取り除かれた空気を排出するためのものである。ボディ２から排出されたごみ及び塵埃が取り除かれた空気である清浄空気は、例えば、室内に戻される。以下の説明では、ごみ及び塵埃を含む空気を「含塵空気」、ごみ及び塵埃が取り除かれた空気を「清浄空気」と記載する。

図１から図３に示すように、ボディ２は、収容ユニット８及び集塵ユニット９を備えている。収容ユニット８の前側には、取っ手３が設けられている。収容ユニット８の後側には、排気口１０が形成されている。集塵ユニット９は、吸込管４の後側に配置され収容ユニット８の下方に配置されている。受電部１１は、集塵ユニット９の下方に配置され、後述する二次電池１４を充電するための外部電源が接続される。尚、集塵ユニット９はサイクロン分離装置の具体的な構成を示すものである。

次に掃除機本体１の内部構成について説明する。
図４は、図２に示す掃除機本体のＡ−Ａ断面図であり、掃除機本体１のボディ２周辺の垂直断面を示すものである。

図４において、吸込管４の後面には、集塵ユニット９の内部に通じる接続口４ａが形成されている。つまり、吸込具６、延長管５及び吸込管４は、外部からボディ２の内部に至る吸気風路を形成する。集塵ユニット９の内部は、集塵ユニット９の上部に形成された開口を介して収容ユニット８の内部に通じている。収容ユニット８の内部は、排気口１０を介して外部に通じている。つまり、収容ユニット８の内部には、集塵ユニット９から外部に至る排気風路１２が形成されている。

更に収容ユニット８の内部には、電動送風機１３、二次電池１４及び回路基板１５が設けられている。電動送風機１３は、吸気風路及び排気風路１２に気流を発生させるためのものであり、二次電池１４からの電力の供給によって駆動する。回路基板１５は、二次電池１４から電動送風機１３への電力供給を制御する。

集塵ユニット９は、含塵空気からごみ及び塵埃を分離し、分離したごみ及び塵埃を一時的に溜めておくためのものである。集塵ユニット９の内部で含塵空気を旋回させることにより、遠心力によってごみ及び塵埃を空気から分離する。つまり、集塵ユニット９は、サイクロン分離機能を有するサイクロン分離装置である。この集塵ユニット９については、後段で詳細な構造および機能について説明する。

電動送風機１３は、操作スイッチ７の操作に応じて駆動する。電動送風機１３が駆動すると、吸気風路に吸引力が作用し、吸込具６から含塵空気が吸い込まれる。吸込具６に吸い込まれた含塵空気は、延長管５及び吸込管４を通過して集塵ユニット９の内部に取り込まれる。集塵ユニット９では、含塵空気からごみ及び塵埃が分離される。集塵ユニット９から排出された清浄空気は、電動送風機１３を通過する。電動送風機１３を通過した清浄空気は、排気風路１２を進み、排気口１０からボディ２の外部に排出される。

次に、図５から図１０を参照し、集塵ユニット９の構成について説明する。
図５は本発明の実施の形態１における集塵ユニット９の斜視図、図６は集塵ユニット９の前面図、図７は集塵ユニット９の側面図、図８は集塵ユニット９の上面図を各々示すものである。図９は図８に示す集塵ユニット９のＢ−Ｂ断面図、図１０は図９に示す集塵ユニット９のＣ−Ｃ断面図を示すものである。

図５から図８において、集塵ユニット９は、旋回部１６、集塵部１７、流入管３１及び排出管３３を備えている。流入管３１は含塵空気を取り込むためのユニット流入口３０を備え、流入管３１内の風路を経由して後述する流入口３２に接続されて旋回部１６内に含塵空気を導入する。排出管３３は旋回部１６の中央部に配置されており旋回部１６の内部で旋回した含塵空気から塵埃を分離した後の清浄空気を排気する。矢印５０は、この清浄空気の排気方向を模式的に示すものである。以下の説明では、旋回部１６は旋回室２０を、集塵部１７は０次集塵室２２と１次集塵室２４をそれぞれの内部に配置されるものとして説明する。

流入管３１が配置されない状態の集塵ユニット９は、矢印５０が指し示す方向を上方向とした場合に、集塵部１７の最上部に位置する箇所である集塵室の最上部４０を底面とし、集塵室の最上部４０より上部に位置する旋回室の側壁４１を高さとして規定される無駄な空間を備えている。流入管３１はこの無駄な空間内に少なくとも一部が配置される構成である。この無駄な空間は従来のサイクロン構造では集塵性能に寄与しなかったが、図５に示すサイクロン構造では流入管３１を配置することで集塵性能の向上に寄与する有効な空間になる。即ち、サイクロン分離装置の外形寸法の空間内において、従来より集塵性能に寄与しない無駄な空間が占める比率を低下させるので、サイクロン分離装置の小型化と集塵性能を向上することが可能になる。

図９と図１０において、旋回室２０は、円筒部２０ａと、先端部が切り取られた中空の円錐形状である円錐部２０ｂで構成される。円筒部２０ａおよび円錐部２０ｂは、中心軸が上下方向を向くように配置され、円錐部２０ｂの中心軸は、円筒部２０ａの中心軸と一致する直線上に配置される。円錐部２０ｂは、上端部が円筒部２０ａの下端部に接続され、上端部から下方に向かうにしたがって径が小さくなる。円錐部２０ｂは、下端部が下方を向いて開口し、円錐部２０ｂの下端部に形成されたこの開口が１次開口２３である。

旋回室２０の側壁に、０次開口２１が形成される。０次開口２１は、例えば、円筒部２０ａの下端部寄りのある位置から円錐部２０ｂの上端部に渡って形成される。０次開口２１は、１次開口２３より高い位置、即ち上流側に形成される。０次開口２１は、旋回室２０で空気が旋回する方向である旋回方向に対して上流側と下流側に縁部を備えた開口形状であり、下流側の縁部が下方に向かうに従って上流側の縁部に近づくように湾曲する構成である。

流入管３１は、一端が集塵ユニット９の外側を向いて開口し、この一端はユニット流入口３０を形成する。ユニット流入口３０は、吸込管４から集塵ユニット９に含塵空気を取り込むための開口であり集塵ユニット９が掃除機本体１に収納された状態において、接続口４ａに接続される。流入管３１の他端部は円筒部２０ａに接続され、円筒部２０ａの壁面を開口し流入口３２を形成している。この流入口３２は、流入管３１を通過した含塵空気を、旋回室２０に取り込むための開口である。

流入管３１は、円筒部２０ａの上部の外周に接続される。上述した０次開口２１は、流入口３２より低い位置、即ち空気が旋回する方向の下流側に形成される。また、流入管３１は、含塵空気が旋回室２０に接線方向から流入するように、円筒部２０ａの側壁に接続される。

集塵ユニット９に流入した含塵空気は、流入管３１から旋回室２０の接線方向に導入されることで、旋回室２０の側壁に沿って旋回する。旋回することにより、遠心力で含塵空気からごみが分離される。そして、円筒部２０ａで比較的に体積の大きなごみが分離され、円筒部２０ａの側壁に形成された０次開口２１を介して０次集塵室２２に捕集される。その後、下方の円錐部２０ｂで体積の小さなごみが分離され、１次開口２３を介して下方の１次集塵室２４に捕集される。

流入管３１は、旋回室２０内での空気の旋回方向に沿って旋回室２０の周囲を囲むように、円筒部２０ａの上部に設けられる。旋回室２０の径方向に対して内側に位置する流入管３１の側壁は、一部が円筒部２０ａと同心の円弧状であり、旋回室２０の径方向に対して外側に位置する流入管３１の側壁は、円筒部２０ａの側壁から延長し、旋回室２０よりも径が大きい円弧形状である。この円弧形状は、真円に限らず、楕円及び連続的に径が変化する弧を含むものである。

本円弧形状により、旋回室２０に流入する流入気流の方向は、旋回室２０内を旋回する旋回気流の旋回方向と略一致するため、流入気流と旋回気流が合流する際に旋回気流が乱れにくい。即ち、旋回室２０での旋回力を低下させない。

また、流入管３１は、ユニット流入口３０から流入口３２向かうにしたがって幅が徐々に狭くなる部分が存在する。これにより、流入気流の風速を徐々に高め、塵埃の捕捉性能を向上できる。さらに、流入管３１は流入気流を旋回方向の中心軸に対し径方向の外側に寄せて、旋回室２０の外側から流入気流を導入する。

また、上述した図４に示すように、集塵ユニット９を掃除機本体１に収納した際、吸込管４は流入管３１に対し略垂直に接続される。そのため、吸込管４から流入管３１に流入した直後の気流は乱れるが、流入管３１を旋回室２０の周囲を覆うように構成し、旋回室２０に流入するまでの助走区間を確保することで、旋回室２０に流入する流入気流の乱れを抑えることができる。
上述の集塵ユニット９の構成により、従来より塵埃の捕捉性能を向上できる。また、集塵部１７の上部の空間を利用しているため、集塵ユニット９の外形を大型化することなく、塵埃の捕捉性能を向上できる。更に、流入管３１により塵埃の捕捉性能を向上するので、旋回室２０のサイズを従来より小型化することも可能になる。

次に、集塵ユニット９の上部に配置される流入管３１の構成の変形例について説明する。
図１１は本発明の実施の形態１の第１変形例における集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図、図１２は本発明の実施の形態１の第２変形例における集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図を示すものである。
上述の説明では、流入管３１は旋回室２０の外周を周方向に約１８０度に渡って覆うよう構成しているが、この限りではない。
例えば、図１１に示すように、旋回室２０の外周を流入管３１が覆う範囲を１８０度より短くしても塵埃の捕捉性能を向上させる効果がある。また、図１２に示すように、流入管３１が旋回室２０の全周に渡って配置すれば、旋回室２０内の旋回気流と流入管３１から流入する流入気流の方向がより一致するため、塵埃の捕捉性能を向上させる効果がさらに高まる。

実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２における集塵ユニット９の斜視図を示すものである。図１４は、本発明の実施の形態２における集塵ユニット９の側面図を示すものである。

図１３および図１４において、ユニット流入口３０から吸い込まれた含塵空気が下流側に向かうにつれて、流入管３１の上部壁面が徐々に下方に向かうよう傾斜して、流入管３１の風路の高さが徐々に低くなるよう構成する。

本形状により、旋回部１６内の旋回室２０に流入する気流が下降しやすくなるため、排出管３３の高さを通過する旋回気流が排出管３３から吸引されることで、ごみが分離される前に排出されることを抑制できるため、塵埃の捕捉性能を向上できる。

さらに、流入管３１の風路面積が徐々に小さくなるため、含塵空気の風速が徐々に増加し、旋回室２０に流入する風速が高まり、塵埃の捕捉性能が向上する。

実施の形態３．
図１５は、本発明の実施の形態３における集塵ユニット９の斜視図を示すものである。図１６は、本発明の実施の形態３における集塵ユニット９の側面図を示すものである。

図１５および図１６において、流入管３１の上部壁面は、ユニット流入口３０から吸い込まれた含塵空気が下流側に向かうにつれて徐々に下方に向かうよう傾斜し、旋回部１６内の旋回室２０の上部壁面は、流入口３２から旋回方向の下流に向かうにつれて、徐々に下方に向かうように傾斜する。流入管３１の上部壁面と旋回室２０の上部壁面は、接続部で同じ高さとなるように形成される。

本形状により、流入管３１から旋回室２０に下向きに流入する含塵空気の気流が、そのまま旋回部１６内の旋回室２０の上部壁面の傾斜に沿って下降する。これにより、排出管３３の高さを通過する旋回気流が排出管３３から吸引されることで、ごみが分離される前に排出されることを抑制できるため、塵埃の捕捉性能を向上する効果を得られる。

本実施の形態１から３において、流入管３１の幅または高さのいずれかを徐々に小さくすることで風速を増加させているが、流入管３１の風路断面積を徐々に小さくすれば同じ効果が得られるため、幅と高さの両方が変化する構成としてもよい。

また、流入管３１の断面が四角形となる形状としたが、その限りではない。例えば、円、楕円、台形等の形状としてもよい。円、楕円のように流入管３１の壁面が弧を描く形状においても、断面積が徐々に縮小するように壁面が傾斜することで、本実施の形態１から３で述べたように、流入管３１で流入気流の風速を高めて旋回室２０へ流入させることで、旋回室２０内の旋回気流の風速が増加するため、塵埃の捕捉性能を向上する効果を得られる。さらに、上方側の壁面を傾斜させることで、実施の形態２で述べたように、旋回室２０に流入する流入気流が旋回気流を下降しやすくするので、排出管３３からの吸引の影響を受けにくくなり、塵埃の捕捉性能を向上する効果を得られる。

また、本発明は、上述した実施の形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。例えば、図１１と図１２に記載した変形例を実施の形態２及び３に適用しても上述の効果を得ることができる。

１ 掃除機本体、２ ボディ、３ 取っ手、４ 吸込管、４ａ 接続口、５ 延長管、
６ 吸込具、６ａ 接続部、７ 操作スイッチ、８ 収容ユニット、９ 集塵ユニット、１０ 排気口、１１ 受電部、１２ 排気風路、１３ 電動送風機、１４ 二次電池、１５ 回路基板、１６ 旋回部、１７ 集塵部、２０ 旋回室、２０ａ 円筒部、２０ｂ 円錐部、２１ ０次開口、２２ ０次集塵室、２３ １次開口、２４ １次集塵室、３０ ユニット流入口、３１ 流入管、３２ 流入口、３３ 排出管、４０ 集塵部の最上部、４１ 旋回室の側壁、５０ 矢印

本発明に係るサイクロン分離装置は、筒状に形成され含塵空気を筒状内で旋回させ含塵空気から塵埃を分離する旋回室と、旋回室に含塵空気を導入する一つの流入管と、旋回室の側壁に形成され一つの流入管を通過する含塵空気を流入させる流入口と、旋回室の端部に配置され旋回室の内部の空気を排出する排出管と、流入口より下流側の旋回室の側壁を開口して形成される第１開口部と、第１開口部を介して旋回室と連通し旋回室の側壁の外周を覆うように形成され旋回室で分離された塵埃を捕集する第１集塵室と、を備え、第１集塵室の最上部は、旋回室の最上部よりも低い位置に配置され、第１集塵室の最上部よりも上へ突出する旋回室の側壁を有し、突出する旋回室の側壁に流入口が形成され、一つの流入管は、第１集塵室の最上部より上部の旋回室を高さとする空間の内部に少なくとも一部が配置され旋回室の側壁に対する接線方向に接続され、一つの流入管は、旋回室内での空気の旋回方向に沿って旋回室の外周を周方向に１８０度以上にわたって覆うように設けられているものである。

Claims (8)

1. 筒状に形成され含塵空気を前記筒状内で旋回させ前記含塵空気から塵埃を分離する旋回室と、
   前記旋回室に前記含塵空気を導入する流入管と、
   前記旋回室の側壁に形成され前記流入管を通過する前記含塵空気を流入させる流入口と、
   前記旋回室の端部に配置され前記旋回室の内部の空気を排出する排出管と、
   前記流入口より下流側の前記旋回室の側壁を開口して形成される第１開口部と、
   前記第１開口部を介して前記旋回室と連通し前記旋回室の側壁の外周を覆うように形成され前記旋回室で分離された塵埃を捕集する第１集塵室と、を備え、
   前記第１集塵室の最上部は、前記旋回室の最上部よりも低い位置に配置され前記第１集塵室の最上部と前記旋回室の最上部との間の前記旋回室の側壁に前記流入口を設け、
   前記流入管は、前記第１集塵室の最上部より上部の前記旋回室を高さとする空間の内部に少なくとも一部が配置され前記旋回室の側壁に対する接線方向に接続される
   ことを特徴とするサイクロン分離装置。
2. 前記流入管の側壁の少なくとも一部は、前記旋回室の中心軸に同心の曲面を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のサイクロン分離装置。
3. 前記流入口の断面積は、前記流入管の流入口の断面積より小さくなるよう構成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のサイクロン分離装置。
4. 前記流入管は下流側に向かうにつれて風路幅が徐々に小さくなる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のサイクロン分離装置。
5. 前記流入管は下流側に向かうにつれて風路高さが徐々に低くなる
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のサイクロン分離装置。
6. 前記流入管の上面は下流側に向かうにつれて下方に向かうように傾斜する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のサイクロン分離装置。
7. 前記旋回室の下端部を開口して形成される第２開口部と、
   前記第２開口部を介して前記旋回室と連通する第２集塵室と、を備える
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のサイクロン分離装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のサイクロン分離装置を搭載する
   ことを特徴とする電気掃除機。

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