JP2970288B2 - 電気掃除機の吸口部 - Google Patents

電気掃除機の吸口部

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JP2970288B2 JP3965393A JP3965393A JP2970288B2 JP 2970288 B2 JP2970288 B2 JP 2970288B2 JP 3965393 A JP3965393 A JP 3965393A JP 3965393 A JP3965393 A JP 3965393A JP 2970288 B2 JP2970288 B2 JP 2970288B2
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克雅 三上
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部に、ロータリブラ
シとこのロータリブラシの回転駆動力を発生する羽根車
とを備えた電気掃除機の吸口部に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のエアータービン付きの電気掃除機
の吸口部は、例えば、特開平2−102626号に記載
されている。この場合、掃除機本体に設けたブロワの吸
込気流を利用しており、ノズル部で流路面積を小さくし
吸込空気を高速のジェット気流としている。そして、ジ
ェット気流を用いて吸口部に設けたエアータービンの羽
根車を回転させている。この従来の羽根車の羽根形状
は、羽根車を軸方向に2分割し、右側羽根車と左側羽根
車を周方向にずらして取り付けた形状であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】エアータービンは、じ
ゅうたん等の抵抗やタービンと回転ブラシ間の動力伝達
のためのタイミングベルト等の損失を補うため、大きな
トルク(回転力)が必要であり、例えば、回転数が80
00rpmでは0.014N・m(=140gf・c
m)のトルクが必要である。ここで、エアータービンの
トルクは、ノズルの噴出風量と噴出流速との積に比例
し、トルクはロータリブラシが回転するときの抵抗体
(じゅうたん、畳等)の抵抗係数によって決定される。
また、噴出風量は掃除機本体のブロワ性能に影響される
が、一般にブロワの吸込仕事量が大きくなるような風量
でブロワが作動するように、掃除機本体内のマイコンで
1.2〜1.5m3/minに制御されている。従来のエ
アータービンでは、この噴出風量において所要のトルク
を出力するために、ノズル穴からの噴出流速を約100
m/sにも達する高速のジェット気流としていた。
【0004】さらに、従来のエアータービンでは高速の
噴出流速のため騒音が大きかった。このエアータービン
の騒音の主原因は、ノズルからのジェット音、ジェ
ット気流が羽根に衝突するときの衝突音、ノズルから
直接流れる気流及び羽根車を経由した流れが互いに衝突
して生ずる衝突音、ノズルからの直接流出する気流が
タービン周囲の壁面へ衝突する衝突音であり、何れも噴
出流速が大きいことに起因している。
【0005】特に、、の衝突音が大きく、とは
騒音の大きさがほぼ同レベルであることから、ノズルか
らの噴出流速が大きいときには、羽根車内の衝突音が大
きくなっている。衝突音低減のためノズルからの噴出流
速を小さくすればよいが、エアータービンの発生トルク
も小さくなり、ブラシの回転力がじゅうたん等の抵抗に
負けて、回転しなくなる不具合が生じる。
【0006】本発明の目的は、ロータリブラシを回転さ
せるのに必要なトルクを有し、かつ羽根車の気流音を低
減する電気掃除機の吸口部を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、円周方向に間隔をもって配設された複
数の羽根を備え回転自在に設けられた羽根車と、該羽根
車にノズルからの吸込気流を流入させて得た回転力を駆
動源として回転するロータリブラシとを備えた電気掃除
機の吸口部において、前記羽根車を、前記羽根を周方向
に互いにずらして配置した2つの羽根群より構成し、そ
れぞれの羽根群の羽根の外周側に第2の羽根部を設ける
とともに、該第2の羽根部を前記ノズルよりも前記羽根
車の軸方向端部側に設けている。
【0008】
【作用】本発明では、ノズルから流入した流れが羽根車
内で転回して羽根車から流出する際、第2の羽根部があ
るため羽根車の幅方向中央側に寄って流れ相対流れの
流出角が小さくなる、すなわち、相対流れが羽根車の軸
方向中側に寄る。
【0009】この結果、羽根車の仕事量(トルク)が増
加し、さらに、羽根車を収容する室の側壁面に衝突して
発生していた衝突音が緩和されるので騒音を低減でき
る。
【0010】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の一実施例につい
て説明する。◆図1、図2、図3、図4は、本発明に係
る電気掃除機の吸口部及びエアータービン羽根車の一実
施例であり、図1は、本発明の電気掃除機吸口部を被掃
除床面に平行な平面で切断した断面図、図2は図1のX
−X’断面図であり、電気掃除機吸口部を羽根車回転軸
に垂直な平面で切断した図、図3は羽根車単体の斜視
図、図4は図3の羽根車の横断面図である。
【0011】まず図1及び図2において、電気掃除機用
吸口内のエアータービンの構造を述べると、エアーター
ビンはノズル1、複数の羽根を備えた羽根車2、羽根車
回転軸3、羽根車2の後方に上下回動自在な回転管4と
を設けている。そして、回転管4の開口部の回転軸方向
入口長さを羽根車2の羽根幅と同一にし、その先に回転
自在な吸口継手5が接続されている。タ−ビン室11
は、上ケ−ス8aと下ケ−ス8bの左右の側壁及び後壁
と、これら2つのケース8a、8bで挾持されているノ
ズル支持板1aとにより形成されている。また、吸口部
全体は、エアータービンの他に、ロータリブラシ6、エ
アータービンの回転力をロータリブラシに伝達するタイ
ミングベルト7および吸込部ケース8とを備えている。
【0012】電気掃除機の電源を起動すると、吸込空気
は、吸込部ケース8の床面→ロータリブラシ6の近傍→
ノズル1→羽根車2→回転管4の順に流れる。ノズル1
の近傍の吸込流路9内の流れは、ノズル1によって絞ら
れてジェット10となり、タービンの羽根車2に流入
し、ジェット10の運動量によって羽根車に回転力(ト
ルク)を与える。その回転はタイミングベルト7により
ロータリブラシ6に伝達され、ロータリブラシ6を回転
させる。ロータリブラシ6の回転により、じゅうたん等
の掃除面から塵埃を掻き上げて集塵する。
【0013】図5は、ジェット10の羽根車2に対する
仕事を説明するための図である。ジェットの噴流風量を
1(m3/s)、流速をc1(m/s)、空気の密度を
ρ(kgs2/m4)羽根外周の風速をu1(m/s)、ジ
ェットが羽根車内で転回して、羽根より流出するときの
絶対速度をc2(m/s)、相対速度をw2(m/s)と
すれば、ジェット10により羽根車2に発生されるトル
クT(N・m)は、 T=ρQ11(w1+w2cosβ2) ・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) w1=c1−u1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) w2=c2cosα2+|u2| ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3) で表わされる。ここに、R1は羽根車の半径(m)、w1
は羽根流入口の相対速度(m/s)、また、β2は、相
対流れの流出角(rad),α2は絶対流れの流出角
(rad)である。
【0014】したがって、上述の式(1)、(2)、
(3)により、エアータービンのトルクTを増加させる
には、絶対流れの流出角α2と、相対流れの流出角β2
小さくすることが望ましいことがわかる。
【0015】従来の羽根車では流出角α2とβ2を小さく
するために、右羽根車、左羽根車とも軸方向の両外側端
部(以下、この部分を羽根後端部と称す)のドラムの曲
率半径RBを小さくしているが、羽根車内の相対流れが
大きく、慣性のため羽根出口における出口角α2、及び
β2は小さくならなかった。
【0016】そこで、本発明では、流出角α2、β2を低
減するため、図1から図4に示すように、主羽根2aの
外周で羽根後端部分に補助羽根2bを取り付けている。
エアータ−ビンの羽根車2の幅Lは、羽根車2の半径の
概ね3倍、内外径比は0.2から0.55、ドラムの曲
率半径RBはほぼ羽根車2の半径に等しいかそれより大
きい円弧にしてある。補助羽根2bの取付け位置は、図
1のように、吸込ノズル1の幅Hよりも、羽根車軸方向
の外側部分に配置してある。本実施例では吸込ノズル1
の幅は22mmである。また、補助羽根の形状はL字型
とし、図3のように、主羽根2aの幅Lに対して補助羽
根2bの幅Laを1/2程度の16mmとし、さらに、
補助羽根の先端の幅Lbは主羽根幅Lの1/5程度の5
mmとしている。また、補助羽根2bの円周方向形状
は、図4に示すように、羽根ピッチPに対する補助羽根
2bの円周方向長さPaと先端の補助羽根長さPbはと
もにピッチ長さPaの30〜70%が適値であり、本実
施例ではそれぞれ、10mm,5mmである。なお、本
実施例の羽根車2の半径は20mmである。
【0017】図4のY−Y’断面における羽根車内の流
れの様子を図6に示す。図6で破線で示したβ2’は、
従来の相対流れの流出角であり、実線で示したβ2は本
発明における相対流れの流出角である。ノズルから流入
した流れが羽根車内で転回し、羽根車より流出するとき
に、補助羽根2bが在るため、気流は従来のように軸方
向の両外側に向かって流れずに、羽根車の軸方向中心点
Cの方向に寄って流れる。そして、相対流れの流出角β
2が従来の相対流れの流出角β2’に比べて小さくなり、
式(1)のようにエアータービンのトルクTが、増加す
る。本実施例では、同一風量(1.4m3/min)、
同一回転数(8000rpm)において、トルクが0.
014N・mから0.018N・mに約20%増加し
た。エアータービンのトルクが増加すれば、噴出風量が
従来と同程度であっても、トルクの増加分だけ、ノズル
の噴出口の面積を広げて噴出流速を減速させることがで
きる。エアータービンの場合、騒音レベルは噴出流速c
1の6〜7乗に比例することから、ノズル面積を290
mm2から360mm2に大きくして、c1を80m/s
から65m/sに約20%減速させた本実施例の場合、
騒音レベルを約5dB低減することができた。さらに、
気流が、従来のように軸方向の外側に向かって流れず
に、羽根車の軸方向中心点Cの方向に寄って流れること
から、タ−ビン室11の側壁面に衝突して発生していた
衝突音が緩和され騒音を低減できる。本実施例によれ
ば、約2dBの低減効果が得られている。これらのこと
から、エアータービンの騒音が約7dBと大幅に低減で
きた。
【0018】次に、本発明の他の実施例を図7に示す。
図7では、補助羽根形状が三角形で形成されている。こ
の場合、補助羽根の幅Laと全羽根幅Lとの比(La/
L)は30〜70%が適値で、本実施例では50%にし
ている。
【0019】図8、図9、図10に、本発明の羽根車の
他の実施例を示す。図8では、羽根車の補助羽根2aの
形状を長方形にし角の部分を滑らかにしている。図9で
は羽根車の補助羽根2aの部分を楕円状(凸状)に形成
している。また、図10では羽根車の補助羽根2aの部
分を凹状に形成している。これら図8、図9、図10の
何れの場合にも、図3の場合と同程度にエアータービン
のトルクが増加し、トルクの増加分だけ噴出流速を低減
できる。この結果、約5dBの騒音低減が得られた。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ノズルから流入した流
れが羽根車内で転回して羽根車から流出する際、第2の
羽根部があるため羽根車の幅方向中央側に寄って流れ、
相対流れの流出角が小さくなることにより、すなわち、
相対流れが羽根車の軸方向中央側に寄ることにより、羽
根車の仕事量(トルク)が増加し、さらに、羽根車を収
容する室の側壁面に衝突して発生していた衝突音が緩和
されるので騒音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す吸口部の上ケースを除
いた部分の断面図。
【図2】図1のX−X’断面図。
【図3】本発明の一実施例の羽根車の斜視図。
【図4】本発明の一実施例の羽根車の横断面図。
【図5】ノズル方向から見た羽根車の断面図。
【図6】図4のY−Y’断面図。
【図7】本発明の他の実施例の羽根車の斜視図。
【図8】本発明の他の実施例の羽根車の斜視図。
【図9】本発明の他の実施例の羽根車の斜視図。
【図10】本発明の他の実施例の羽根車の斜視図。
【符号の説明】
1…ノズル、2…羽根車、2a…主羽根、2b…補助羽
根、2c…側板、3…羽根車回転軸、4…回転管、5…
吸口継手、6…ロータリブラシ、7…タイミングベル
ト、8…吸込部ケース、9…吸込気流、10…ジェット
気流、C…羽根車の幅方向中心点、c1…噴出流速、c2
…絶対速度、L…羽根幅、La…補助羽根の幅、Lb…
補助羽根先端の幅、 R1…羽根車の半径、RB…ドラム
の曲率半径、P…羽根ピッチ、Pa…補助羽根の円周方
向長さ、u2…空気の羽根流出時の羽根車の周速、w1
羽根車入口の相対速度、w2…相対速度、α2…絶対流れ
の流出角、β2…相対速度の流出角、β2´…相対速度の
流出角。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 亘 茨城県日立市東多賀町一丁目1番1号 株式会社 日立製作所 リビング機器事 業部内 (72)発明者 中川 幸二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−122532(JP,A) 特開 平3−73120(JP,A) 特開 昭62−2920(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A47L 9/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円周方向に間隔をもって配設された複数の
    羽根を備え回転自在に設けられた羽根車と、羽根
    ノズルからの吸込気流を流入させて得た回転力を駆動源
    として回転するロータリブラシとを備えた電気掃除機の
    吸口部において、前記羽根車を、 前記羽根周方向に互いにずらして配置
    したの羽根群より構成し、それぞれの羽根群羽根
    外周側に第2の羽根部を設けるとともに、該第2の羽
    根部を前記ノズルよりも前記羽根車の軸方向端部側に設
    けたことを特徴とする電気掃除機の吸口部。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の電気掃除機の吸口部にお
    いて、前記第2の羽根部は、それぞれの羽根群の羽根の
    外周側端部から周方向に延在するように設けられたこと
    を特徴とする電気掃除機の吸口部。
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