JP4890621B2 - サイクロン分離装置 - Google Patents

Description

本発明は，捕集対象物を遠心分離するサイクロン分離装置に係り，特に，捕集された比較的大きい捕集対象物の捕集量を増加させることの出来るサイクロン分離装置に関するものである。

従来から，塵埃を含んだ気流を旋回させ，塵埃に遠心力を与えることで気流から分離して，集積室に塵埃を集めるサイクロン集塵装置がある。この集塵装置を備えた電気掃除機として，特許文献１が知られている。
また螺旋形状のような傾斜スロープ構造をもつものとしては特許文献２がある。
上記特許文献２は，空気を吸い込む吸気部と空気を排気する排気部を備えたサイクロン本体と，排気部に取り付けられ，空気をろ過するグリル部材と，サイクロン本体に取り付けられ，吸気部から吸い込まれる空気中に含まれているゴミを収集し貯蔵するゴミ収集筒と，ゴミ収集筒へ収集されたゴミが舞い上がらないように遮断し，空気中に含まれているゴミ中の一定の重量及び／または体積を有するゴミを空気の流れによりゴミ収集筒へ螺旋方向に沿って下向きに導く下向き案内部とを含んで構成されている。また，この技術は，前記下向き案内部に切欠き部を設け，切欠き部により旋回室で遠心分離された塵埃が集塵室に送られることを期待したものである。
また上記特許文献１に記載の発明は，上部が分離室，下部が集積室となり，分離室の中心には排気筒が配置されたサイクロン集塵装置を備え，電動送風機の運転によって発生する気流により塵埃を吸込口から吸い込み，吸い込んだ気流を前記吸込口と連通する吸気路を介して前記サイクロン集塵装置の分離室に，その内周壁に対し接線方向に導入し，前記分離室及び集積室の中で気流を旋回させて塵埃を分離し，分離した塵埃を前記集積室に集積する電気掃除機において，前記分離室と集積室との境界に遮蔽部材を配置し，この遮蔽部材はその外周と集積室の内壁との間に所定の間隙が生じる形状とするとともに，その縁には前記分離室の方向に突出するループ状の障壁が形設され，さらに，前記遮蔽部材の縁に，前記集積室の底面に向かって突出するループ状の障壁を形設されている。
この構成によれば，分離室内において遮蔽部材に沿って旋回する気流が障壁のところで上昇気流となり（以下，第１の旋回気流と記す），集積室から延び出して分離室の中心に迫ろうとする塵埃を排除する。
また，分離室で発生した旋回気流は遮蔽部材と集積室内壁との隙間から集積室に進入し，集積室に塵埃を落とした後分離室に帰還する（以下，第２の旋回気流と記す）のであるが，この時分離室に帰還しようとする旋回気流に塵埃が含まれていれば，その塵埃は気流がリブに衝突して方向転換を行う際に分離され，集積室に留まり，フィルタ部に到達せずサイクロン集積室内に留め置くことが可能である。
特許第３７８８５８９号公報 特開２００６−７５５８４号公報

サイクロン分離装置の原理モデルは円筒または円錐状の集塵室で外周に沿った吸気口と円中心に位置した排気口を持ち排気口から外部吸引器で空気を吸い出すことで吸気口から流入した空気が旋回気流を起こし，旋回する気流の遠心分離作用で塵埃等を分離するものである。遠心分離された塵埃は重力の影響で下方に遷移し空気だけが吸い出される仕組みである。
上記のような基本原理に基づくサイクロン分離装置においては，遠心分離されたゴミの捕集は重要な課題である。
その点，上記特許文献２に記載のサイクロン集塵装置では，前記下向き案内部に切欠き部を設け，切欠き部を経て旋回室で遠心分離された塵埃が集塵室に送られることを期待したものであるが，上記切欠き部があるために，下向き案内部の切欠き部から流入した気流は，上昇時に上記切欠き部より再び分離部に流出する。この流れに乗って微細な塵埃は流出してしまっており，上記特許文献２の螺旋状下向き案内部は，微細塵の舞い上がり防止のための遮蔽部材としてはほとんど機能しておらず，ＨＥＰＡフィルタ等の微細塵の集塵に長けたフィルタを用いて捕集する必要があった。
また，集塵室内には，強い旋回流れが生じているため，集塵室内の静圧分布の特性から，気流の二次的流れが発生し，集塵室内に捕集した塵埃が再飛散を起こし，これにより，集塵室に塵埃を多く捕集するほど，切欠き部からの微細塵の流出量が増加し，フィルタが目詰まりしてしまうという問題があった。
従って本発明は上記したような事情に基づいて創案されたものであり，前記したような特許文献２における下向き案内部における切欠きから漏れる気流に乗って飛散し，フィルタの目詰まりを生じさせる微粉塵が飛散しないようにすることのできるサイクロン分離装置の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために，本発明は，
内周面が略円筒状の捕集容器を備え，該捕集容器の円周部にその周方向に設けられた空気流入口から吸い込まれた空気を前記略円筒状の捕集容器の内周面に沿って旋回させた後，前記捕集容器の中心部からフィルタ手段を経て排気することにより，前記空気に含まれる比較的大きい捕集対象物を前記旋回する空気流の遠心力によって前記空気から分離し前記捕集容器の底部で捕集すると共に，比較的小さい捕集対象物を前記フィルタ手段において捕集するサイクロン分離装置において，
前記捕集容器内に該捕集容器の垂直中心軸を中心とする螺旋状曲面を１周以上備え，前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との間に，所定の隙間が設けられてなる分離部材を備えてなることを特徴とするサイクロン分離装置として構成されている。
前記分離部材は，前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との間には，所定の隙間が設けられ，上記隙間を通じて空気が流通することが望ましい。
上記所定の隙間を設けることで，サイクロン旋回気流をほとんど妨げず，かつ邪魔板としての機能も有するため，慣性力による集塵効果も得られる。また，隙間の寸法は，分離部で分離した塵埃を集塵部へ移動する場合に，ある程度の体積を持つ塵埃においてもスムーズに移動することができる程度のものであることが望ましい。
前記分離部材の前記螺旋状曲面の下端と前記捕集容器の底部との間には，塵埃をトラップするために所定の隙間が設けられている。
上記隙間を設けているため，気流により運ばれる塵埃が前記螺旋状曲面の下端と捕集容器底面との間の上記所定の隙間に引っかかり（トラップされ），蓄積され，前記螺旋状曲面に沿って下側から順に積層されていくと同時に，塵埃が前記螺旋状曲面の終端と前記捕集容器の底部の間に詰まることによる破損や，異物等の詰まりを起こすことを防ぐことができる。
前記捕集容器を直円筒状にすることによって，分離した塵埃を集塵部へ移動する場合に，ある程度の体積を持つ塵埃においてもさらにスムーズに移動することができると共に，前記捕集容器の容量を向上することができる。
このような直円筒状の捕集容器の場合，前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との隙間は，上下方向に一定とされてもよい。この場合，前記螺旋状曲面を備える分離部材は，サイクロン旋回気流の中心部に位置することになるため，サイクロン旋回気流をさらに妨げない。これにより，高い捕塵率確保すると共に，吸引力の低下を防ぐことが出来る。また，前記上昇流に対しても前述した微細塵捕集効果が高まる。
あるいは，前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との隙間が下方に向かい小さくなるように構成されてもよい。
集塵容器１１が直円筒状の場合（図９に示す）において，前記集塵部の内壁との隙間を一定とした螺旋状分離部材を備える場合，螺旋状分離部材の慣性力集塵により，捕塵性能を向上することができる。このため，前記捕集容器の底部に向かい半径を小さくすることによる圧力損失に伴う吸引力の低下を防ぎながら，捕塵性能を向上することが出来る。
前記分離部材の前記螺旋状曲面が，前記捕集容器の内周面に沿って旋回下降する気流の方向と略一致する方向に形成されてなるものが考えられる。
このような螺旋状曲面の方向性によって，サイクロン旋回気流が妨げられることがない。さらに，このような方向性によって，螺旋状曲面は，上昇に転じた気流の方向に対して，より垂直に近づき，邪魔板としての効果がさらに高まり，微細塵捕集効率もさらに高まる。
さらに，サイクロンの気流による捕集した塵埃の圧縮効果も得られる。これにより，さらに集塵可能容量が向上する。捕集した塵埃が気流によって圧縮されるため，上述した塵埃による微細塵捕集効果は，さらに高まる。即ち，目の細かいフィルタと同様の効果が得られるのである。
またこれらの発明は，前記捕集対象物が，塵埃であるサイクロン集塵装置に適用可能である。

本発明は以上述べたように，内周面が略円筒状の捕集容器を備え，該捕集容器の円周部にその周方向に設けられた空気流入口から吸い込まれた空気を前記略円筒状の捕集容器の内周面に沿って旋回させた後，前記捕集容器の中心部からフィルタ手段を経て排気することにより，前記空気に含まれる比較的大きい捕集対象物を前記旋回する空気流の遠心力によって前記空気から分離し前記捕集容器の底部で捕集すると共に，比較的小さい捕集対象物を前記フィルタ手段において捕集するサイクロン分離装置において，前記捕集容器内に該捕集容器の垂直中心軸を中心とする螺旋状曲面を１周以上備え，前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との間に，所定の隙間が設けられてなる分離部材を備えてなることを特徴とするサイクロン分離装置であるから，分離部材が螺旋状曲面を備えていることによって空気流入口から吸い込まれた空気が旋回途中において捕集容器の内面に接触して減速し，捕集容器内に捕集されるときに円滑に捕集容器下部に運ばれることになるが，旋回気流が上昇してフィルタ手段に吸い込まれる前に，上記螺旋状曲面が邪魔板となって上記上昇空気に含まれる細かい塵埃が，そのまま上昇気流に乗ってフィルタ手段に運ばれることが防止される。その際，特許文献２のように螺旋状の分離部材に切欠きがないので，螺旋状曲面のどの部分からも上昇空気流が漏れることが無く，フィルタ手段の目詰まりが防止される。
また上記のような螺旋状分離部材により，慣性力の作用により二次的流れの発生によって起こるダスト内の塵埃の再飛散が抑制され，上昇流をサイクロン集積室内壁の前記第１の旋回気流に再合流せしめ微細塵の捕集効果を高めることができる。
また，螺旋状分離部材は，上昇流に対してほぼ垂直に形成されており，塵埃が含まれる上昇流の方向を急変もしくは衝突させることにより，慣性力の作用で塵埃を分離・捕集することができる。
さらに，螺旋形状もしくは円盤状分離部材を複数設けることにより，分離・捕集効率を高めることができる。
また螺旋状曲面終端部が綿ゴミ等の塵埃をトラップし，塵埃が螺旋形状の湾曲面に沿って下側から順に積層されていく。これにより，十字形状分離リブの場合と比較し，フィルタと同様に微細塵埃を捕集する効果をさらに向上させている。
サイクロン性能の向上に加え，螺旋状曲面による慣性力集塵の効果，さらに積層された塵埃による微細塵捕集効果により，捕塵性能を大きく向上させ，ＨＥＰＡフィルタ等の高性能フィルタへの依存度を軽減することができる。

本発明の実施の形態に係る電気掃除機Ｘの外観図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための断面図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための断面図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙに設けられた螺旋部を説明するための図（（ａ）は，下方から見た斜視図，（ｂ）は，上方から見た斜視図）。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙに設けられた上部フィルタユニット１３を説明するための図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造で螺旋形状分離部材を中心として説明するための断面図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための分解斜視図。 塵埃の貯まり具合を説明するための図。 集塵容器が直円筒状の場合を説明するサイクロン集塵装置Ｙの断面図。 円錐台状の集塵容器が用いられた場合のサイクロン集塵装置Ｙの断面図。 螺旋部の空気の流れを説明するためのサイクロン集塵装置Ｙの断面図。 本発明の実施例に係る集塵装置に用いる分離部材を示す斜視図。 同実施例に係る集塵装置の分解斜視図。 同実施例に係る集塵装置の断面図。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は，本発明の実施の形態に係る電気掃除機Ｘの外観図，図２及び図３は，本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための断面図，図４は，本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙに設けられた螺旋部を説明するための図（（ａ）は，下方から見た斜視図，（ｂ）は，上方から見た斜視図），図５は，本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙに設けられた上部フィルタユニット１３を説明するための図，図６は，本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を螺旋形状分離部材を中心として説明するための断面図，図７は，本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための分解斜視図，図８は，塵埃の貯まり具合を説明するための図，図９は，集塵容器が直円筒状の場合を説明するサイクロン集塵装置Ｙの断面図，図１０は，円錐台状の集塵容器が用いられた場合のサイクロン集塵装置Ｙの断面図，図１１は，螺旋部の空気の流れを説明するためのサイクロン集塵装置Ｙの斜視図である。また，図１２は本発明の実施例に係る集塵装置に用いる分離部材を示す斜視図，図１３は，同実施例に係る集塵装置の分解斜視図，図１４は，同実施例に係る集塵装置の断面図である。

まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係る電気掃除機Ｘの概略構成について説明する。
図１に示すように，前記電気掃除機Ｘは，掃除機本体部１，吸気口部２，接続管３，接続ホース４，操作ハンドル５などを備えて概略構成されている。前記掃除機本体部１には，不図示の電動送風機，サイクロン集塵装置Ｙ，不図示の制御装置などが内蔵されている。なお，前記サイクロン集塵装置Ｙについては後段で詳述する。
前記電動送風機は，吸気を行うための送風ファン及び該送風ファンを回転駆動する送風駆動モータを有している。前記制御装置は，ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどの制御機器を有してなり，前記電気掃除機Ｘを統括的に制御する。具体的には，前記制御装置では，前記ＣＰＵが前記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各種の処理を実行する。
なお，前記操作ハンドル５には，ユーザが前記電気掃除機Ｘの稼働の有無や運転モードの選択操作などを行うための操作スイッチ（不図示）が設けられている。また，その操作スイッチの近傍には，前記電気掃除機Ｘの現在の状態を表示するＬＥＤなどの表示部（不図示）も設けられている。

前記掃除機本体部１は，該掃除機本体部１の前端に接続された前記接続ホース４と，該接続ホース４に接続された前記接続管３とを介して前記吸気口部２に接続されている。
従って，前記電気掃除機Ｘでは，前記掃除機本体部１に内蔵された前記電動送風機（不図示）が作動されることにより，前記吸気口部２からの吸気が行われる。そして，前記吸気口部２から吸気された空気は，前記接続管３及び前記接続ホース４を通じて前記サイクロン集塵装置Ｙに流入する。前記サイクロン集塵装置Ｙでは，吸い込まれた空気から塵埃が遠心分離される。なお，前記サイクロン集塵装置Ｙで塵埃が分離された後の空気は，前記掃除機本体部１の後端に設けられた不図示の排気口から排気される。

以下，図２〜６を参照しつつ，本発明に係るサイクロン集塵装置の一例であるサイクロン集塵装置Ｙについて詳説する。
図２及び図３に示すように，前記サイクロン集塵装置Ｙは，筐体１０，内周面が略円筒状で，上記筐体１０に対して着脱自在の集塵容器１１（捕集容器の一例），内筒１２，上部フィルタユニット１３，塵埃受部１４及び除塵駆動機構１５などを備えて概略構成されている。
前記サイクロン集塵装置Ｙでは，前記集塵容器１１，前記内筒１２，前記上部フィルタユニット１３，及び前記塵埃受部１４が，垂直の中心軸Ｐを中心に同軸状に配置されている。また，前記サイクロン集塵装置Ｙは，前記掃除機本体部１に着脱可能に構成されている。
上記筐体１０は，フィルタ１２２を備えた内筒１２を備えている。
このサイクロン集塵装置Ｙでは，略円筒状の集塵容器１１の中心部に設けられた前記内筒１２から前記集塵容器１１内の空気を排気することにより，前記集塵容器１１の円周部に設けられた空気流入口１１１ａ（図７参照）から吸い込まれた空気を集塵容器１１の内周面に沿って旋回させた後，フィルタ手段の一例である前記上部フィルタユニット１３などを経て前記内筒１２を経て排気し，前記空気に含まれる比較的大きい捕集対象物を前記集塵容器１１の底部で捕集すると共に，比較的小さい捕集対象物を前記上部フィルタユニット１３などにおいて捕集するものである。

前記集塵容器１１は，吸い込まれた空気から分離された塵埃を収容するための内周面が円筒状で，且つ外形も円筒状の容器である。前記集塵容器１１は，前記サイクロン集塵装置Ｙの筐体１０に着脱可能に構成されている。ユーザは，前記掃除機本体部１から前記サイクロン集塵装置Ｙを取り出した後，該サイクロン集塵装置Ｙから前記集塵容器１１を取り外して，該集塵容器１１内の塵埃を廃棄する。なお，前記サイクロン集塵装置Ｙの筐体１０と前記集塵容器１１との間には，環状のシール部材１６１が設けられている。このシール部材１６１により，前記筐体１０及び前記集塵容器１１の間の空気の漏れが防止される。

さらに，前記集塵容器１１には，前記接続ホース４（図１参照）が接続される接続部１１１が設けられている。前記吸気口部２から前記接続管３及び前記接続ホース４を通じて吸い込まれた空気は，前記接続部１１１から前記集塵容器１１内に流入する。
ここで，前記接続部１１１の前記集塵容器１１への空気流入口（不図示）は，前記接続ホース４からの空気が前記集塵容器１１内で旋回するように形成されている。具体的に，前記空気流入口（不図示）は，前記集塵容器１１側の出口が該集塵容器１１の円周方向に向くように形成されている。従って，前記集塵容器１１では，吸い込まれた空気を旋回させることで該空気に含まれた塵埃が遠心力によって分離（遠心分離）される。そして，前記集塵容器１１で遠心分離された塵埃は，該集塵容器１１の底部に収容される（図２，３の塵埃Ｄ１）。
一方，塵埃が分離された後の空気は，前記集塵容器１１から矢印（図２）で示す排気経路１１２に沿って前記掃除機本体部１に設けられた不図示の排気口から外部に排気される。ここで，前記集塵容器１１から前記排気口（不図示）までの前記排気経路１１２上には，前記内筒１２，前記塵埃受部１４，及び前記上部フィルタユニット１３が順に配置されている。

さらに，前記内筒１２の上端には，後述の傾斜除塵部材１３４に設けられた係合部１３４ｃに係合する複数の連結部１２ｂが設けられている。前記連結部１２ｂは，前記内筒１２の上端の開口縁部に上方に突出して設けられたリブである。
前記内筒１２は，前記連結部１２ｂ及び前記係合部１３４ｃの係合によって，前記傾斜除塵部材１３４に一体に連結されている。なお，前記内筒１２及び前記傾斜除塵部材１３４の連結構造はこれに限られない。例えば，前記内筒１２及び前記傾斜除塵部材１３４各々に設けられた嵌合部を嵌合させることにより一体に連結する構成が考えられる。

また，前記内筒１２の上部には，前記集塵容器１１で塵埃が分離された後の空気を，前記上部フィルタユニット１３に向けて排気するための内筒排気口１２１が形成されている。そして，前記内筒排気口１２１には，該内筒排気口１２１全体を覆う円筒状を成す内筒フィルタ１２２が設けられている。前記内筒フィルタ１２２は，前記内筒排気口１２１を通過する空気を濾過する。
例えば，前記内筒フィルタ１２２は，メッシュ状のエアフィルタ等である。なお，前記内筒フィルタ１２２は，前記内筒排気口１２１の内側又は外側のいずれに設けられていてもよい。また，前記排気口１２１及び前記内筒フィルタ１２２に換えて，前記内筒１２にメッシュ状の孔を形成する構成も考えられる。その場合は，そのメッシュ状の孔が前記内筒排気口１２１及び前記内筒フィルタ１２２として機能する。

一方，前記内筒１２の下部には，前記集塵容器１１内の塵埃を気流の力で圧縮するための螺旋状分離部材１２３が設けられている。
ここで，図２及び図３に加えて螺旋状分離部材１２３の斜視図である図４を参照しつつ，前記螺旋状分離部材１２３について説明する。
図２〜４に示されているように，前記螺旋状分離部材１２３には，螺旋部１２３ａ，円筒軸部１２３ｂ，円盤状遮蔽部材１２３ｃが設けられている。
前記円筒軸部１２３ｂは，前記集塵容器１１の底部に設けられた前記嵌合部１１ａに嵌合される中空円筒である。前述したように，前記円筒軸部１２３ｂ及び前記嵌合部１１ａの間には前記シール部材１１ｂ（図２，３参照）が介在する。

円盤状遮蔽部材１２３ｃは，前記集塵容器１１内において，後述する旋回流の遠心分離力により塵埃を分離する上側空間の部分（分離部１０４、図２，図３参照）と，塵埃を蓄積する下側空間の部分（集塵部１０５，図２参照）との仕切りの役割を果たす。これにより，捕集した塵埃が巻き上がり，内筒フィルタ１２２を詰まらせる事を防ぐ。また，円盤状であるため，サイクロン気流中に含まれる塵埃が引っかかることが無く，塵埃を効率的に集塵容器１１の底部へ誘導することができる。

また，前記円筒軸部１２３ｂには，該円筒軸部１２３ｂを中心にして，前記集塵室１０５の底面に向かって螺旋状に延び，その上下面が，前記垂直中心軸Ｐを中心とする螺旋状曲面を備えて湾曲した板状の螺旋部１２３ａが設けられている。
この時，前記螺旋部１２３ａの前記螺旋状曲面は図６の矢印Aで示す旋回気流と同様の傾斜方向をもって形成されていることが好ましい。
ただし，前記螺旋部１２３ａの前記螺旋状曲面を，前記集塵容器１１の内周面に沿って旋回する気流の傾き方向とは反対の方向に傾斜させることも可能である。

一方，前記内筒１２の内筒フィルタ１２２で濾過された後の空気は，該内筒１２内を通じて前記上部フィルタユニット１３に導かれる。
ここで，図２及び図３に加えて図５を参照しつつ，前記上部フィルタユニット１３について説明する。ここに，図５（ａ）は，前記上部フィルタユニット１３を上方から見た斜視図，図５（ｂ）は，前記上部フィルタユニット１３を下方から見た斜視図である。
前記上部フィルタユニット１３は，ＨＥＰＡフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)１３１，フィルタ除塵部材１３２及び傾斜除塵部材１３４などを有している。

前記ＨＥＰＡフィルタ１３１は，前記内筒１２から排気されて前記排気経路１１２上を流れる空気をさらに濾過するエアフィルタの一種である。
前記ＨＥＰＡフィルタ１３１は，前記垂直中心軸Ｐの周りに環状に配置固定された複数枚のフィルタの集合で構成されている。なお，複数枚のフィルタ各々は，例えば図５（ｂ）に示すような骨組みに固定される。また，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に含まれた複数枚のフィルタは，略水平方向に凹凸を繰り返すプリーツ状に配置されている。これにより，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１におけるフィルタ面積が十分に確保されている。なお，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の下端と前記筐体１０との間には，環状のシール部材１６２が設けられている。これにより，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１と前記筐体１０との間の空気の漏れが防止される。
また，図２及び図３に示すように，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の中央には，後述のフィルタ除塵部材１３２に設けられた連結部１３３が嵌挿される中空部１３１ａが形成されている。また，前記中空部１３１ａには，前記連結部１３３を支持する支持部１３１ｂが設けられている。

前述したように，前記サイクロン集塵装置Ｙでは，前記内筒フィルタ１２２及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の二段階で空気を濾過することにより塵埃の捕集力が高められている。
但し，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に塵埃が堆積して目詰まりが生じると，空気の通過抵抗が大きくなる。そのため，前記電動送風機（不図示）の負荷が大きくなり吸塵力が低下するおそれがある。そこで，前記上部フィルタユニット１３には，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に付着した塵埃を除去する前記フィルタ除塵部材１３２が設けられている。

前記フィルタ除塵部材１３２は，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の中央部に設けられた前記支持部１３１ｂによって支持されている。具体的に，前記フィルタ除塵部材１３２には，前記支持部１３１ｂに支持される連結部材１３３が設けられている。
また，前記連結部１３３には，該連結部１３３に設けられたネジ穴１３３ａに前記傾斜除塵部材１３４がネジ１３３ｂで螺着される。これにより，前記フィルタ除塵部材１３２及び前記傾斜除塵部材１３４が一体に連結される。なお，前記傾斜除塵部材１３４及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の間には，隙間を埋める環状のシール部材１６３が設けられている。これにより，前記傾斜除塵部材１３４及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の間の空気の漏れが防止される。

前記フィルタ除塵部材１３２は，図２及び図５（ａ）に示すように，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の上端部に接触するように該ＨＥＰＡフィルタ１３１に沿って所定間隔で配置された二つの接触部１３２ａを有している。前記接触部１３２ａは板バネ状の弾性部材である。なお，前記接触部１３２ａは，板バネ状の弾性部材に限られるものではない。また，前記接触部１３２ａは，一つであっても或いはさらに複数であってもよい。
そして，前記フィルタ除塵部材１３２には，その外周部にギア１３２ｂが形成されている。このギア１３２ｂは，図２及び図３に示すように，前記サイクロン集塵装置Ｙに設けられた除塵駆動機構１５に設けられたギア１５ａに噛合される。

ここに，前記除塵駆動機構１５は，図２に明らかな如く，前記掃除機本体部１側に設けられた不図示の駆動モータ（駆動手段の一例）（以下，「除塵駆動モータ」という）に連結される減速器及び該減速器に連結されたギア１５ａを有している。前記除塵駆動機構１５では，前記除塵駆動モータの回転力が前記減速器を介して前記ギア１５ａに伝達される。そして，前記除塵駆動機構１５のギア１５ａの回転力は，前記ギア１３２ｂに伝達される。これにより，前記フィルタ除塵部材１３２が回転される。
なお，本実施の形態では，前記除塵駆動モータによって前記フィルタ除塵部材１３２が回転される場合を例に挙げて説明するが，前記除塵駆動モータに換えて，前記フィルタ除塵部材１３２を手動で回転させることのできる機構を設けることも他の実施例として考えられる。

前記フィルタ除塵部材１３２が回転されると，該フィルタ除塵部材１３２に設けられた二つの前記接触部１３２ａ各々は，プリーツ状に形成された前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に断続的に衝突して振動を与える。従って，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に付着した塵埃は，前記フィルタ除塵部材１３２から与えられる振動によって叩き落とされる。なお，前記除塵駆動モータ（不図示）が作動されるタイミングは，例えば前記電気掃除機Ｘにおける集塵動作の開始前や終了後であることが望ましい。これにより，前記電動送風機による吸気によって前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に下流側への気流がない状態で，前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の除塵を効果的に行うことができる。

次に，前記した螺旋状分離部材１２３の構造についてさらに詳しく説明する。
前述したように，サイクロン集塵装置Ｙは，概略円筒形状に形成され，上部に配置された上部フィルタユニット１３と，下部に配置された集塵容器１１とを備えて構成されている。
集塵容器１１内に収納された前記内筒１２の下端には，分離部１０４と集塵部１０５の境界部である円盤状遮蔽部材１２３ｃが一体的に接合されている。上記円盤状遮蔽部材１２３ｃとその下部の前記螺旋部１２３ａの外径は，ほぼ同じで，分離部１０４の内径より小さく，円盤状遮蔽部材１２３ｃの外周と集塵容器１１の内壁との間には隙間（クリアランス）１０６（図６）が存在している。隙間（クリアランス）１０６は，分離部１０４において分離した塵埃を集塵部１０５へ移動する場合に，ある程度の体積を持つ塵埃においてもスムーズに移動することができ，かつ一度集塵部１０５に移動・蓄積した塵埃を巻き上げ，内筒フィルタ１２２を詰まらさないようにするに適した値である。実験によれば１１ｍｍ程度が望ましいことが分かった。

さらにまた，上記螺旋部１２３ａと集塵容器１１内面との間の隙間（クリアランス）１０７（本発明における略円筒状の空間に相当する）は，集塵容器１１の径が集塵容器１１の底部に向かい小さくなる部分であるため，集塵容器１１の底部に向かって小さくなるように構成されている。

また，円盤状遮蔽部材１２３ｃは，高さ方向に所定の厚みを持つ。円盤状遮蔽部材１２３ｃの高さ方向の厚みは，分離部１０４における遠心分離性能に影響し，本実施例では，実験により求めた１３ｍｍ程度としている。

また，螺旋状分離部材１２３の螺旋部１２３ａは，前記したように上下の螺旋状曲面に挟まれて湾曲した板状に形成されており，円盤状遮蔽部材１２３ｃから下方に向かってほぼ垂直に伸びる円筒軸部１２３ｂを中心にして，集塵容器１１の底面に向かって始端（円盤状遮蔽部材１２３ｃとの接続部）から終端（下端）までが１周分以上，円筒軸部１２３ｂの周囲に巻き付くように形成されている。上記巻き付き角度の望ましい数字としては，１．６周分である。このような巻き付きによって，螺旋部１２３ａは，集塵容器１１の内周面にそったサイクロン旋回気流（図６に矢印Ａで示す）の回転方向に沿って下方に向かって傾斜する螺旋状の旋回面が形成されている。

また，螺旋状分離部材１２３の螺旋部１２３ａの終端（下端）と集塵室１０５の底面との間には，隙間（クリアランス）１０８（図６参照）が介在している。 また上記隙間１０８の幅は，気流により運ばれる塵埃が螺旋部１２３ａの終端部（下端部）と集塵容器１１の底面との間の空間１１２ａに引っかかり（トラップされ），蓄積され，螺旋部１２３ａの螺旋形状の湾曲面に沿って下側から順に積層されていく値であると同時に，塵埃が螺旋部分の終端と集塵室１０５底部の間に詰まることによる破損や，異物等の詰まりを起こすことを防ぐことができる値である。本実施例では，IEC規格に基づくDMT標準ゴミTYPE8を試験ゴミとして１０ｇ使用した実験により求めた上記隙間１０８の幅を６〜１３ｍｍ程度としている。

以上のように構成された電気掃除機の動作について以下に説明する。
図３，図６に示すように，分離室１０４の周方向に形成された接続部１１１の空気流入口１１１ａから集塵容器１１の分離室１０４に入った気流は，図６の矢印Ａのように，分離室１０４の円筒状の内周面に沿って高速で旋回する。旋回気流中の比較的大きい塵埃には遠心力が作用して気流から分離され，集塵容器１１の内壁へ押し付けられる。図２に示すように，空気の排気口１２１が，下方にあるため，その後，気流は旋回しながら，集塵室１０５に入る。図６において二点鎖線で示す矢印Ａのように旋回する気流（主流）は，集塵室１０５の底面に到達した後は上昇に転じる。図６の例では，この螺旋状分離部材１２３のまわりの間隙１０７を旋回する気流の回転方向と螺旋状分離部材１２３の螺旋部１２３ａの傾き方向が一致しており，サイクロン旋回気流を妨げることがない。このため，圧力損失が少なく効率的な遠心分離が可能であり，高い吸い込み仕事率が得られる。

また，上昇に転じた気流に含まれる微細塵は，螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面が邪魔板の効果を有することより，慣性力が作用して気流から分離される。ここで，邪魔板とは塵埃が含まれる気流を衝突させることにより，慣性力の作用で塵埃を捕集するものである。螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面が気流の上昇方向に対して，ほぼ垂直に位置するため，邪魔板として効果的である。これにより，上昇に転じた気流に含まれる微細塵が捕集され，前記内筒フィルタ１２２及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１による捕集の依存度を軽減することができ，フィルタが目詰まりすることによる圧力損失の増加に伴う吸引力の低下，掃除効率の低下，フィルタ寿命の低下，メンテナンスの増加を防ぐことができる。
さらに，螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面は，円盤状遮蔽部材１２３ｃから下方に向かってほぼ垂直に伸びる円筒軸部１２３ｂを中心にして，集塵容器１１の底面に向かって始端（円盤状遮蔽部材１２３ｃとの接続部）から終端（下端）までが１周分以上，円筒軸部１２３ｂの周囲に巻き付くように形成されている。そのため，どの方向からの上昇流（乱流の場合）に対しても前述した微細塵捕集効果が得られる。また，螺旋状曲面の切れ目が（切欠きがないので，そこから前記上昇流が漏れるようなことがなく，前記上昇気流に対して万遍なく邪魔板として働き，それが損なわれることが無く，上昇気流に多く含まれる細かい塵埃が直接フィルタに吸い込まれてフィルタを早期に目詰まりさせる問題がない。

さらにまた，螺旋部１２３ａは，サイクロン旋回気流の回転方向に沿って下方に向かって傾斜する方向性をもつ螺旋形状であるため，螺旋状曲面１２３ｄは，上昇に転じた気流の方向に対して，さらに垂直に近づき，邪魔板としての効果がさらに高まり，微細塵捕集効率もさらに高まる。

また，螺旋部１２３ａがサイクロン旋回気流の回転方向に沿って上方に向かって傾斜する方向性をもつ螺旋形状の場合においても，螺旋部１２３ａと集塵容器１１内面との間の隙間（クリアランス）１０７を本実施例と同様に１１ｍｍ程度とすることで，サイクロン旋回気流をほとんど妨げず，かつ邪魔板としての機能も有するため，慣性力による集塵効果も得られ，上記効果と同等の効果が得られる。（図１１に記載）

さらにまた，集塵容器１１内には，強い旋回流れが生じているため，集塵容器１１内の静圧分布の特性から，気流の二次的流れ（図６の矢印Ｂ）が発生する。この二次的流れ（図６の矢印Ｂ）は，集塵容器１１内に捕集した塵埃が再飛散を起こし，前述した上昇時の気流に伴って流出してしまう。
この再飛散した塵埃に関しても，螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面は邪魔板の効果により，慣性力が作用して気流から分離される。これにより，一度捕集した塵埃は，再飛散することなく，捕集効率が飛躍的に向上する。さらに，螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面は，円盤状遮蔽部材１２３ｃから下方に向かってほぼ垂直に伸びる円筒軸部１２３ｂを中心にして，集塵容器１１の底面に向かって始端（円盤状遮蔽部材１２３ｃとの接続部）から終端（下端）までが１周分以上，円筒軸部１２３ｂの周囲に巻き付くように連続的に形成されているため（即ち切れ目あるいは切欠きがなく），どの角度からの二次的流れ（図６の矢印Ｂ）による再飛散に対しても前述した微細塵捕集効果が得られる。
また，微細塵が再飛散してしまい上昇時の気流に微細塵が含まれてしまう場合においても，前述したように，上昇に転じた気流に含まれる微細塵は，螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面により，上昇流の流れの方向が急変することで，慣性力が作用して気流から分離されるため，塵埃の流出を最小限に抑えることができる。（図１１の気流Ｃ）さらに螺旋形状分離部材下部により上昇する微細塵を含む気流の一部がサイクロン集積装置内壁方向に押し出され集積装置側面内壁にある旋回気流により再度下方に戻されることで微細塵の集塵効果を上げることができる。（図１１の気流Ｃ）
また，円盤状遮蔽部材１２３ｃは，塵埃を分離する上側空間の部分（分離部１０４）と，塵埃を蓄積する下側空間の部分（集塵部１０５）との仕切りの役割に加えて，上昇流に対しては，前述した慣性力による微細塵分離効果（邪魔板としての効果）と上昇する微細塵を含む気流の一部がサイクロン集積装置内壁方向に押し出され集積装置側面内壁にある旋回気流により再度下方に戻されることで微細塵を集塵する効果を奏する。

さらにまた，本実施例では，上記螺旋部１２３ａと集塵容器１１内面との間の隙間（クリアランス）１０７は，集塵容器１１の径が集塵容器１１の底部に向かい小さくなるように構成されているため，集塵容器１１の底部に向かって小さくなる。これにより，サイクロンによる遠心分離性能が向上すると同時に，螺旋状分離部材１２３の螺旋状曲面の邪魔板効果による再飛散抑制の効果はさらに高まる。

また，集塵容器１１が直円筒状の場合（図７に示す），螺旋状分離部材１２３がない場合，遠心分離性能の向上効果は期待できないため，捕塵性能は低下してしまう。螺旋状分離部材１２３を備える場合，螺旋状分離部材１２３の慣性力集塵により，捕塵性能を向上することができる。このため，集塵容器１１の底部に向かい小さくすることによる圧力損失に伴う吸引力の低下を防ぎながら，捕塵性能を向上することが出来る。さらに，集塵容器１１を直円筒状にすることによって，集塵容器１１の容量を向上することができる。

次に，塵埃の空気流による蓄積と積層の作用について図８を用いて説明する。
前述したように，吸引された塵埃２００は，分離部１０４において分離され，隙間１０６（図６）を通り，集塵部１０５へ導かれる。集塵部１０５においては，塵埃は隙間１０７を通り，隙間１０８によりせき止められる（トラップされる）ことにより，蓄積される。この蓄積は，螺旋部１２３ａに沿って既に蓄積された塵埃の上に積層されていく。そのため，この集塵装置では，螺旋部１２３ａに沿って，偏ることなく積層が成長していくため，集塵部１０５内で偏って蓄積されていくことがなく，同容積の集塵部と比較して集塵可能容量が飛躍的に向上する。
また，螺旋部１２３ａは，サイクロン旋回気流の回転方向に沿って下方に向かって傾斜する方向性をもつ螺旋形状とすることが出来る。この場合には，サイクロンの気流による捕集した塵埃の圧縮効果も得られる。これにより，さらに集塵可能容量が向上する。

また，図６に二点鎖線で示す矢印Ａの気流により運ばれる塵埃は，螺旋部１２３ａの終端部（下端部）と集塵容器１１の底面との間の空間１１２ａに引っかかり（トラップされ），蓄積され，螺旋部１２３ａの螺旋形状の湾曲面に沿って下側から順に積層されていく。このため，さらに圧力損失の増加を防ぐことができる。また，微細塵を含む気流が湾曲面に沿って下側から順に積層された塵埃の中を通過する際に，微細塵が積層された塵埃によって捕集される。これにより，一度捕集した塵埃が微細塵を捕集するフィルタのような役割を果たす効果が得られる。また，塵埃は湾曲面に沿って下側から順に積層されるため，微細塵を含む気流が効率的に塵埃中を通過するため，従来技術に示した特許第３７８８５８９号と比べ，さらに捕集効果が高まる。

さらに，螺旋状分離部材１２３のまわりの間隙１０７を旋回する気流の回転方向と螺旋状分離部材１２３の螺旋部１２３ａの傾き方向が一致しているため，蓄積・積層された塵埃は，気流によって若干圧縮される。これにより，蓄積・積層された塵埃の容積が小さくなり，より効率的な塵埃捕集を達成できる。また，捕集した塵埃が気流によって圧縮されるため，上述した塵埃による微細塵捕集効果は，さらに高まる。（目の細かいフィルタと同様の効果が得られる。）

一般的に慣性力集塵では，固体粒子の場合，付着塵埃の払い落とし（除去）が問題となる。螺旋状分離部材１２３を回転可能な構成とした場合，螺旋状分離部材１２３を回転させることにより，螺旋状曲面に付着した粒子を，螺旋状曲面下部に蓄積・積層した塵埃と擦り合わせることにより，除去（剥離）することが可能である。これにより，慣性力集塵の課題であったメンテナンス性を著しく向上することができ，メンテナンス性の非常に高い集塵装置が得られる。

前記実施形態では，螺旋状分離部材１２３が，螺旋状曲面１２３ｄを備えて構成されているが，上記螺旋状分離部材１２３に代えて円盤形状の円盤形状分離部材２０１を備えたものであっても前記実施形態と同様の作用を発揮することができる。

例えば図１４に示すように，円盤形状分離部材２０１は，螺旋状分離部材１２３と比べて，どの方向からの上昇流（乱流の場合）に対しても，上昇流の流れを急変する邪魔板が多数配置されている。このため，慣性力による微細塵分離効率がさらに高まる。同様に，円盤形状分離部材１２３ｃ下部により上昇する微細塵を含む気流の一部が，サイクロン集積装置内壁方向に押し出され集積装置側面内壁にある旋回気流により再度下方に戻される（図１４のＣ）ことによる微細塵の集塵効果もさらに高めることができる。

１０…筐体（分離装置本体）
１１…集塵容器（捕集容器）
１２…内筒
１３…上部フィルタユニット
１４…集塵受部
１０４…分離部
１０５…集塵部
１２３…螺旋形状分離部材
１２３ａ…螺旋部
１２３ｂ…円筒軸部
２００，２０１…塵埃

Claims (6)

1. 内周面が略円筒状の捕集容器を備え，該捕集容器の円周部にその周方向に設けられた空気流入口から吸い込まれた空気を前記略円筒状の捕集容器の内周面に沿って旋回させた後，前記捕集容器の中心部からフィルタ手段を経て排気することにより，前記空気に含まれる比較的大きい捕集対象物を前記旋回する空気流の遠心力によって前記空気から分離し前記捕集容器の底部で捕集すると共に，比較的小さい捕集対象物を前記フィルタ手段において捕集するサイクロン分離装置において，
   前記捕集容器内に該捕集容器の垂直中心軸を中心とする螺旋状曲面を１周以上備え，前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との間に，所定の隙間が設けられてなる分離部材を備えてなることを特徴とするサイクロン分離装置。
2. 前記分離部材の前記螺旋状曲面の下端と前記捕集容器の底部との間には，所定の隙間が設けられてなる請求項１に記載のサイクロン分離装置。
3. 前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との隙間が上下方向に一定である請求項１あるいは２のいずれかに記載のサイクロン分離装置。
4. 前記螺旋状曲面の外周端と前記捕集容器の内壁との隙間が下方に向かい小さくなる請求１あるいは２のいずれかに記載のサイクロン分離装置。
5. 前記分離部材の前記螺旋状曲面が，前記捕集容器の内周面に沿って旋回下降する気流の方向と略一致する方向に形成されてなる請求項１〜４のいずれかに記載のサイクロン分離装置。
6. 前記捕集対象物が，塵埃であるサイクロン集塵装置として構成されてなる請求項１〜５に記載のサイクロン分離装置。
   

Images