JP2019188232A - タービン用吸気を吸塵力として利用するクリーナーヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】真空掃除機のクリーナーヘッドには清掃能力を上げるため外気タービンで駆動する回転ブラシを備えたものがあるが、吸塵力の一部を分配してタービン駆動用吸気口から外気を取り入れるため、吸塵用開口部での吸塵力が低下するという問題があった。【解決手段】吸塵用開口部から吸塵した空気の一部をフィルタで除塵してタービン駆動に利用することにより吸塵力の低下を防ぐことができる。その除塵用フィルタを回転ブラシの円柱面に沿う形状とすることで、除塵用フィルタの表面で除塵された塵埃は回転ブラシの先端で常時取り除かれ目詰まりしない。吸塵用とタービン駆動用の気流量がトレードオフにならないため、専用吸気口を持つ従来方式より多くの気流をタービン駆動用に利用してより大きな駆動力を得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は真空掃除機のクリーナーヘッドに関する。

真空掃除機のクリーナーヘッドには清掃能力を上げるため吸塵用開口部に回転ブラシを備えたものがあり、回転ブラシの駆動方式には電動方式とタービン方式がある。
電動方式は駆動力は大きいがコストと重量と電力の問題があり、タービン方式は駆動力は劣るが軽量、安価、省電力である。

タービン方式には吸塵用開口部から入る気流を利用する方式と専用の吸気口から入る気流を利用する方式がある。
吸塵用開口部から入る気流を利用する方式は気流に塵埃を含むため、精密なタービンが使えず駆動力が小さいが、吸気はすべて吸塵用開口部から吸入されるため吸塵力が大きい。専用の吸気口から入る気流を利用する方式は気流に塵埃を含まないため、精密なタービンで大きな駆動力を得られるが、吸気の一部をタービン駆動に使うため吸塵力が低下する欠点があった。（特許文献１）

特開２０１２−００５５５１

軽量、安価、省電力かつ駆動力の大きなタービン方式でありながら吸塵用開口部での吸塵力が低下しないクリーナーヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達する為、本発明のタービン用吸気を吸塵力として利用するクリーナーヘッド（以下本装置）は、吸塵用開口部と集塵装置連結用開口部を備えた真空掃除機用クリーナーヘッドにおいて、前記クリーナーヘッドはその内部にブラシ室とタービン室を有し、前記ブラシ室はブラシ室吸気口とブラシ室第一排気口とブラシ室第二排気口を備え、前記タービン室はタービン室吸気口とタービン室排気口を備え、前記ブラシ室吸気口は前記吸塵用開口部に連通し、前記ブラシ室第一排気口は前記集塵装置連結用開口部に連通し、前記ブラシ室第二排気口は前記タービン室吸気口に連通し、前記タービン室排気口は前記集塵装置連結用開口部に連通し、前記ブラシ室の内部には前記吸塵用開口部に臨むように回転ブラシが配置されており、前記タービン室の内部には前記タービン室吸気口から前記タービン室排気口への気流によって回転するようタービンが配置されており、前記タービンと前記回転ブラシの間には、前記タービンの回転を前記回転ブラシに伝達するための回転伝達部材が介在しており、前記ブラシ室第二排気口には除塵用フィルタが配置されており、前記除塵用フィルタは前記回転ブラシの円柱面に沿う形状であるとともに、前記回転ブラシの円柱面に沿って配置されている。

真空掃除機は基本的にクリーナーヘッドとダクトと集塵装置と吸引装置から構成される。本装置は集塵装置に直接連結される場合とダクトを経由して連結される場合を含む。
クリーナーヘッド（１）を側面から見て、左が進行方向である前方、右が集塵装置連結用開口部（３）となる後方とすると、回転ブラシ（１１）の回転軸は被清掃面と平行かつ進行方向に直行して配置されて半時計方向に回転し、被清掃面を前方から後方に向けてブラッシングする。
吸塵用開口部（２）に連通するブラシ室吸気口（６）からブラシ室（４）内に吸塵された大きな塵埃は回転ブラシ（１１）の回転と遠心力によりブラシ室（４）後方の空間に送られ、ブラシ室（４）後面に開口しているブラシ室第一排気口（７）から集塵装置連結用開口部（３）を経て真空掃除機本体の集塵装置へ送られる。
大きな塵埃が集塵装置へ送られた後、一部の空気はブラシ室（４）の前方に回り込み、そこに配置された除塵用フィルタ（１４）で除塵された後にブラシ室第二排気口（８）からタービン室吸気口（９）を経てタービン（１２）を駆動し、タービン室排気口（１０）を経て集塵装置連結用開口部（３）でブラシ室第一排気口（７）からの気流と合流して真空掃除機本体の集塵装置へ流れる。
除塵用フィルタ（１４）のブラシ室（４）内側の面に除塵された塵埃が残るが、除塵用フィルタ（１４）は回転ブラシ（１１）の先端が回転する軌跡をつないだ面である円柱面に沿って湾曲した形状でかつ回転ブラシ（１１）の円柱面に沿うよう配置されているため、常時回転ブラシ（１１）の先端で残った塵埃が取り除かれ、目詰まりが起きにくい。
取り除かれた塵埃は回転ブラシ（１１）の下を通ってブラシ室第一排気口（７）から集塵装置へ送られる。
また、回転ブラシ（１１）の上端がブラシ室（４）上方の内面に近い構造となっているため、床面から直接ブラシ室第一排気口（７）に吸引されなかった大きな塵埃もブラシ室（４）後方の空間に留まり、やがてブラシ室第一排気口（７）から集塵装置へ送られる。
吸塵用開口部（２）の前縁下にある塵埃はブラシ室第一排気口（７）とともに真上に位置する除塵用フィルタ（１４）に向けても吸引されるが、回転ブラシ（１１）の前端がブラシ室（４）前方の内面に近い構造となっているため大きな塵埃はブラシに阻まれ、吸引されても上記機構によりフィルタ面より取り除かれてブラシ室（４）後方に送られる。
このようなブラシ室（４）内での回転ブラシ（１１）の配置により、回転ブラシ（１１）は先端で除塵用フィルタ（１４）面に残った塵埃を取り除くだけではなく、除塵用フィルタ（１４）へ向かおうとする大きな塵埃を除塵する一次フィルタとしても機能する。

上記構成により、フィルターで除塵した気流により精密なタービンを駆動するとともにその気流を含めてすべての吸気を吸塵用開口部から吸入することができる。
その結果、軽量、安価、省電力かつ駆動力の大きなタービン方式でありながら吸塵用開口部での吸塵力が低下しないクリーナーヘッドを提供することができる。
吸塵用とタービン駆動用の気流量がトレードオフにならないため、専用吸気口を持つ従来方式より多くの気流をタービン駆動用に分配してより大きな駆動力を得ることができる。

本装置の前上方からの斜視図 本装置の側下方からの斜視図

図は説明用に簡略化かつ誇張されたものであり、一部がカットモデルとなっている。
実施形態ではブラシ室（４）やタービン室（５）のカット面、除塵用フィルタ（１４）、ブラシ室第二排気口（８）からタービン室吸気口（９）までの流路など、吸塵用開口部（２）と集塵装置連結用開口部（３）以外はケースで閉じられた密閉構造となる。
除塵用フィルタ（１４）は複数の大きな穴で図示しているが説明用であり、実施形態では大きな塵埃を通さず、所要の通気量を確保できる複数の小さな穴またはメッシュとなる。ブラシ室（４）をタービン室（５）と同列のクリーナーヘッド（１）内部の独立した要素として説明するため、ブラシ室吸気口（６）を外殻である吸塵用開口部（２）と別に記載しているが、二つは位置と形状が非常に近く、実施形態ではほぼ同義となる。
タービンは流体運動を回転運動に変換する装置を指す場合にも使われるが、ここでは狭義に装置の内部で羽に気流を受けて軸回りに回転する回転体を指す。
一般に円柱面とは、円柱の筒状の全周面を指すが、除塵用フィルタ（１４）の円柱面に沿って湾曲した形状とは、円柱の円の円弧を円と直行する方向に延長した部分面である。

回転ブラシ（１１）については、ブラシの回転軸に沿って放射方向に伸長する４枚の板状の形状で図示しているが、実施形態では、図の板面に直行する方向に大きな塵埃を通さない構造であれば植毛やゴム片など素材や構造は限定しない。
また板面に回転方向に小さく、反回転方向に大きな通気性がある逆止弁を持たせることで回転方向に向かう吸塵気流をブラシ面に受けて追加の回転駆動力を得ることができる。
実施形態の一例としては、一列に植毛したブラシの反回転方向の面に沿う位置に揺動自在なフィルムを配すれば、回転方向の気流はフィルムをブラシに押し付けて通気性を遮断し、半回転方向の気流はブラシの隙間を通過した後、フィルムを押し倒して流れるなどの構造で実現できるが、既存の技術であり詳細は省略する。
回転ブラシ（１１）を既存のブラシのようにねじれず、直線状の構造で示しているのは簡略化ではなく上記理由による、追加の駆動力を利用しない場合はねじれても良い。

以下、請求項に沿って説明する。
吸塵用開口部と集塵装置連結用開口部を備えた真空掃除機用クリーナーヘッドである点について。
本発明はクリーナーヘッドに関するもので、真空掃除機の先端の集塵部としても、互換用クリーナーヘッド単体としても成り立つ。

前記クリーナーヘッドはその内部にブラシ室とタービン室を有し、前記ブラシ室はブラシ室吸気口とブラシ室第一排気口とブラシ室第二排気口を備え、前記タービン室はタービン室吸気口とタービン室排気口を備え、前記ブラシ室吸気口は前記吸塵用開口部に連通し、前記ブラシ室第一排気口は前記集塵装置連結用開口部に連通し、前記ブラシ室第二排気口は前記タービン室吸気口に連通し、前記タービン室排気口は前記集塵装置連結用開口部に連通する点について。
クリーナーヘッド（１）自体の吸排流路としては吸塵用開口部（２）から吸引し、集塵装置連結用開口部（３）から排出する。
クリーナーヘッド（１）の内部にそれぞれ独立して吸排気口を持つブラシ室（４）とタービン室（５）という二つの要素があり、吸塵用開口部（２）からブラシ室（４）を通り集塵装置連結用開口部（３）へ大きな塵埃を送る第一の流路と、ブラシ室（４）からタービン室（５）を経由してタービン（１２）を駆動し、タービン室排気口（１０）を経て集塵装置連結用開口部（３）で合流する第二の流路が設けられている。

前記ブラシ室の内部には前記吸塵用開口部に臨むように回転ブラシが配置されており、前記タービン室の内部には前記タービン室吸気口から前記タービン室排気口への気流によって回転するようタービンが配置されており、前記タービンと前記回転ブラシの間には、前記タービンの回転を前記回転ブラシに伝達するための回転伝達部材が介在している点について。
この機構は、タービン室吸気口（９）がクリーナーヘッド（１）の外部に開口した専用の吸気口ではなくブラシ室（４）内部に連通している点を除けば従来の専用の吸気口を持つタービン方式のクリーナーヘッドと同じである。

前記ブラシ室第二排気口には除塵用フィルタが配置されており、前記除塵用フィルタは前記回転ブラシの円柱面に沿う形状であるとともに、前記回転ブラシの円柱面に沿って配置されていることを特徴とする点について。
この点が本装置の特徴であり、ブラシ室第二排気口（８）を覆うように配置された除塵用フィルタ（１４）のフィルタ面は単にブラシ室（４）の内面に沿って配置されているのではなく、回転ブラシ（１１）の円柱面に沿う形状であるとともに、その円柱面に沿う位置に配置されており、除塵用フィルタ（１４）の表面で除かれた塵埃を常時通過する回転ブラシ（１１）の先端で取り除く構造となっている。
回転ブラシ（１１）の先端が除塵用フィルタ（１４）の面に接する構造であれば確実に除塵できるが、摩擦によりブラシ先端が損耗し回転にも負荷をかけるため、僅かな隙間を置いて配置することが望ましい。
その位置関係を示すため接するではなく、沿うようにと表現している。
除塵用フィルタ（１４）面は被清掃面の延長であるとも言える。

以上が用語の定義と請求項に沿った説明であり、以下は補足である。
ブラシ室（４）内からタービン駆動用の空気を吸引することによる問題点について。
従来の外気から吸気する方式に比べてタービンを駆動する気圧差がやや小さくなるが、タービン駆動用吸気口と連通するブラシ室第二排気口（８）の真下、つまり吸塵用開口部（２）の前縁下はほぼ外気圧に近いこと、除塵用フィルタ（１４）が回転ブラシの円柱面に沿う形状であるため、回転ブラシ（１１）はその回転による遠心力により回転軸近くの空気を圧縮してブラシ室第二排気口（８）へ送り込む作用も果たすこと、専用吸気口方式と異なり、吸塵力を損なわずより多くの気流をタービン駆動用に分配できることからやや低圧で作動するタービン形状とすることで対応できる。
また、吸塵用開口部（２）を毛足の長いマットなどに押し付けた場合に吸塵力と共にタービンの回転数が低下するが、外気から吸気する従来の方式ではタービン専用吸気口に吸気が集中してタービンは回転するが吸塵用開口部での吸塵力はより低下する。
むしろ本装置はタービン専用吸気口という逃げ道がないため、吸塵用開口部（２）での吸塵力が保たれる。
問題はタービンの回転数ではなく吸気量の確保であり、実施形態としては吸塵用開口部（２）と被清掃面の間隔を可変にし、内部の気圧が上がれば間隔を狭め、内部の気圧が下がれば間隔を広げることで吸気量を確保し、集塵用開口部（２）と被清掃面の間での面速を一定にする機構となるが、既存の技術であるので詳細は省略する。

タービン用流路の清掃について。
図は内部構造を説明するためのカットモデルであるが、実施形態でも図１に示すようなベースにカバーを組み合わせる構造とすることで、除塵用フィルタ（１４）の裏面、タービン駆動用流路、タービン（１２）についてはカバーを開けて清掃できる構造が望ましい。

１ クリーナーヘッド
２ 吸塵用開口部
３ 集塵装置連結用開口部
４ ブラシ室
５ タービン室
６ ブラシ室吸気口
７ ブラシ室第一排気口
８ ブラシ室第二排気口
９ タービン室吸気口
１０ タービン室排気口
１１ 回転ブラシ
１２ タービン
１３ 回転伝達部材
１４ 除塵用フィルタ

Claims (1)

1. 吸塵用開口部と集塵装置連結用開口部を備えた真空掃除機用クリーナーヘッドにおいて、
   前記クリーナーヘッドはその内部にブラシ室とタービン室を有し、
   前記ブラシ室はブラシ室吸気口とブラシ室第一排気口とブラシ室第二排気口を備え、
   前記タービン室はタービン室吸気口とタービン室排気口を備え、
   前記ブラシ室吸気口は前記吸塵用開口部に連通し、
   前記ブラシ室第一排気口は前記集塵装置連結用開口部に連通し、
   前記ブラシ室第二排気口は前記タービン室吸気口に連通し、
   前記タービン室排気口は前記集塵装置連結用開口部に連通し、
   前記ブラシ室の内部には前記吸塵用開口部に臨むように回転ブラシが配置されており、
   前記タービン室の内部には前記タービン室吸気口から前記タービン室排気口への気流によって回転するようタービンが配置されており、
   前記タービンと前記回転ブラシの間には、前記タービンの回転を前記回転ブラシに伝達するための回転伝達部材が介在しており、
   前記ブラシ室第二排気口には除塵用フィルタが配置されており、
   前記除塵用フィルタは前記回転ブラシの円柱面に沿う形状であるとともに、前記回転ブラシの円柱面に沿って配置されていることを特徴とする
   タービン用吸気を吸塵力として利用するクリーナーヘッド。