JP4964314B2 - 消音化装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば真空掃除機に用いられているモータ・ファンユニットのファンから出る騒音を制御するよう構成された消音化、静音化又は低騒音化装置に関する。

典型的な真空掃除機では、真空掃除機は、空気流から汚れ及びほこりを分離するよう設計されている。典型的な真空掃除機では、モータ・ファンユニットは、空気流を生じさせ、この空気流は、汚れ空気入口を通って汚れ含有及びほこり含有空気を真空掃除機内に引き込む。次に、空気流は、所与の形態をした分離装置を通り、それにより空気流から汚れ及びほこりが除去される。真空掃除機の中には、多孔性袋を利用しているものがあり、汚れ空気は、この多孔性袋を通って吸い込まれ、汚れ及びほこりは、袋の中に保持され、他方、清浄になった空気は、大気中に排出される。別の真空掃除機では、汚れ及びほこりを空気流から分離するためにサイクロン分離器が用いられる。この場合、清浄になった空気は、フィルタ及びモータ・ファンユニットそれ自体を通って吸い込まれる。モータ・ファンユニットから出た空気は、モータそれ自体により生じた細かいカーボン粒子並びに／或いはアレルゲン及び他の微小粒子を除去するよう配置された別のフィルタを通る場合があり、その後排気部を通って真空掃除機から出る。

かかる電気器具に見られる場合のある問題は、回転しているファンにより生じる音の問題である。ファンの羽根が回転すると、これにより周囲空気中に圧力変動が生じ、羽根通過振動数（blade passing frequency ：ＢＰＦ）で騒音が生じる。ＢＰＦは、ファンの回転速度及びファンの羽根の枚数に比例する。かかるファンの騒音は、強烈であり、電気器具のユーザをいらいらさせる場合がある。

本発明は、モータ・ファンユニットのファンの騒音を制御するよう構成された消音化装置であって、モータが、使用にあたり、ファンを回転軸線回りに回転可能に駆動するよう構成されており、消音化装置は、第１及び第２の組の状態に配列されていて、ファンに向くよう配置された開口端部を備えている複数の別々の受動式消音器を含み、第１の組に属する消音器は、第２の組に属する消音器から軸方向に間隔を置いて位置すると共に更に、軸方向に沿って見て、第２の組に属する消音器から間隔を置いて位置している、消音化装置を提供する。

第１の組に属する消音器は、軸方向に沿って見て、第２の組に属する消音器から角度間隔を置いて位置するのが良い。

第１の組に属する消音器は、第２の組に属する消音器から半径方向に間隔を置いて位置するのが良く、したがって、モータ・ファンユニットのファンによる騒音を制御するよう構成された消音化装置が提供され、モータは、使用にあたり、ファンを回転軸線回りに回転可能に駆動するよう構成され、消音化装置は、第１及び第２の組の状態に配列されていて、ファンに向くよう配置された開口端部を備えている複数の別々の受動式消音器を含み、第１の組に属する消音器は、第２の組に属する消音器から軸方向と半径方向の両方に間隔を置いて位置している。

第１の組をなす消音器と第２の組をなす消音器を設けることにより、１つの組単独の場合よりも、関心のある一又は複数の音について大幅な雑音消去効果が得られる。消音器を２つの方向に互いに間隔を置いて配置することにより、全体的効果として、密に介在して配置された消音器のアレイがファンの互いに異なる領域によって生じる音波に作用する。

好ましくは、第１の組と第２の組は、これら組相互間の領域が、使用中、ファンにより引き込まれている流体の流路を構成するよう間隔を置いて設けられる。

一方の組又は両方の組に属する消音器は、有利には、開口端部及び閉鎖端部を備え、流体流路の周辺領域のところに配置された別々の管から成り、したがって、消音器それ自体は、流体の流れを妨げる度合いができるだけ小さくなっている。

一方の組又は両方の組に属する消音器は、好ましくは、これらの組がファンの回転軸線に関して回転対称であるよう配置されている。

一方の消音器組は、モータ・ファンユニットのハウジングの一体部分として形成されるのが良い。この構成により、製造と組み立ての両方が単純化されると共に、その組に属する管状消音器がファンに対して所定の位置を占めるようになる。

一方又は両方の消音器組は、関心のある振動数、例えば動作モードにおけるファンのＢＰＦに同調されるのが良い。かかる構成の雑音消去効果は、第１の組と第２の組を関心のある振動数に相当する半波長の整数倍だけ軸方向に間隔を置いて配置することによって高められる。

本発明は、電気器具を通る流体の流れを生じさせるよう構成されたモータ・ファンユニットを有する任意の電気器具に利用できる。本発明は、空気流を生じさせる電気器具、例えば真空掃除機に利用されると特に有益である。

１つの消音器組は、電気器具のケーシングの内面の一部、例えば、電気器具の内部への接近を可能にするドアとして成形されるのが良い。本発明が表面処理用電気器具、例えば真空掃除機に用いられる場合、ドアは、電気器具が床面に沿って転動することができるよう構成された車輪の一部をなすのが良い。ドアによりフィルタへの接近が可能であり、フィルタは、ドアそれ自体に取り外し可能に取り付けられるのが良い。

次に、添付の図面を参照して本発明を例示的に説明する。

本発明に従って構成された表面処理用電気器具の使用中の側面図である。 図１の電気器具の本体の一部の断面背面図である。 ドアが開放位置にある状態の図１及び図２の電気器具の一方の側部の斜視図である。 ドアが開き、フィルタが取り外された状態の電気器具の一部の斜視図である。 ファンから遠ざかる方向に見た電気器具のモータ・ファンユニットの内部の図である。

同一の参照符号は、明細書全体を通じて同一の部分を示している。

図１を参照すると、表面処理用電気器具は、サイクロン式真空掃除機１の形態で示されている。真空掃除機１は、モータ・ファンユニット３を収容した本体２を有している。本体２は、これが床面上全体にわたって動くことができるようにする手段を有し、この手段は、この実施形態では一対の車輪４から成る。サイクロン分離器５の形態をした分離装置が、本体２に解除可能に取り付けられている。フレキシブルホース６の一端部が、本体２に設けられた入口ポート７に連結可能である。フレキシブルホース６の他端部は、ワンド８に連結可能であり、ワンドの遠位端部は、床用ツール９を受け入れるようになっている。使用中、真空掃除機１の本体２は、ユーザが部屋の中をあちこち動くにつれて、フレキシブルホース６により床面に沿って引かれる。ユーザが真空掃除機１をオンにすると、モータ３ａ（図２）が通電され、このモータは、ファン３ｂを駆動して床用ツール９を通って汚れ空気を引き込むようにする。床面からの汚れ及びほこりを含んだ汚れ空気は、ホース６及びワンド８を通って引き込まれ、そして入口ポート７を経てサイクロン分離器５に吸い込まれる。

サイクロン分離器５は、収集チャンバ１１内に設けられた上流側サイクロン１０を有する。サイクロン分離器５に流入した空気は、上流側サイクロン１０の内部周りに螺旋経路を辿るようになる。汚れ及びほこりは、空気の旋回流から分離状態になり、収集チャンバ１１内に保持される。シュラウド１２が、上流側サイクロン１０の円筒形側壁の内側に設けられている。シュラウド１２は、複数の貫通穴を備えた円筒形の壁を有する。シュラウド１２は、上流側サイクロン１０と下流側サイクロン組立体１３との間の連通路を提供する。

下流側サイクロン組立体１３は、並列に配置された複数の下流側サイクロンを有する。下流側サイクロンの各々は、上流側サイクロン１０の直径よりも小さな直径を有している。したがって、下流側サイクロン組立体１３は、上流側サイクロン１０の場合よりも小さな汚れ及びほこり粒子を部分的に清浄になった空気流から分離することができる。分離された汚れ及びほこりは、下流側サイクロン組立体１３から出て収集チャンバ１１内に入る。次に、清浄になった空気は、サイクロン分離器５から真空掃除機１の本体２内に流入する。

図２は、空気が本体２の中を通る際の空気の経路を示している。空気は、サイクロン分離器５と流体連通状態にある入口１４を経て入り、次に、本体２を通って引き込まれ、そしてモータ・ファンユニット３の側部の周りに流れる。次に、空気は、いわゆるモータ前置フィルタ１５を通って流れる。モータ前置と称する理由は、このフィルタが、モータ・ファンユニットの上流側に配置されているからである。モータ前置フィルタ１５は、２つのサイクロン分離段１０，１３により分離されなかった細かいほこり又は顕微鏡的粒子を捕捉するのに役立つ。モータ前置フィルタ１５の下流側は、モータ前置フィルタ１５の中央のところに形成された形状が環状の孔１６を経てモータ・ファンユニット３と流体連通状態にある。

モータ前置フィルタ１５とモータ・ファンユニット３との間の流体流路の一部は、真空掃除機１の外側ケーシングの一部の内面を含む。この実施形態では、外側ケーシングのこの一部は、車輪４のうちの１つが回転可能に取り付けられているドア１７から成る。受動式消音器から成る第１の組１８も又、流体流路の周囲のところでドア１７の内面の一部として形成されており、これについては本明細書において後で説明する。

モータ・ファンユニット３は、ファン３ｂを収容しており、このファンは、吸引空気流を生じさせるようモータ３ａによって駆動される。ファン３ｂは、複数枚の羽根を備えた羽根車の形態をしている。モータ・ファンユニット３の出口は、モータ後置フィルタ（これらの図では見えない）と連通している。モータ後置フィルタは、空気流中の残存粒子並びにモータからのカーボン粒子を捕捉するのに役立つ。次に、空気は、モータ後置フィルタから出て、排気部１９を通って真空掃除機１から排出される。

所与の使用期間後、モータ前置フィルタ１５は、ほこりで目詰まり状態になり始めるので、真空掃除機１の性能に悪影響を及ぼさないよう洗浄され又は交換される必要がある。この実施形態では、ユーザがドア１７を開くことによりモータ前置フィルタ１５に接近可能である。ドア１７は、キャッチ２０によって本体２に当接保持されており、キャッチは、ユーザによって容易に解除可能である。図３は、ドア１７を開放位置で示している。モータ前置フィルタ１５は、ドア１７の周囲に当接保持され、フィルタの周囲に沿って設けられた柔軟性リム２１が、ドアの内面に設けられているリップ２２に係合する。汚れたモータ前置フィルタ１５をドア１７のリップ２２から外すことができ、次に洗浄し、乾燥させ、次にドア上のその定位置に戻すのが良く、或いは、新品のフィルタに交換するのが良い。リム２１の性状が変形可能であって柔軟であるということは、フィルタ１５が柔軟であり、効果的な洗浄作用の実行を容易にするようユーザによって押しつぶしたり握りつぶしたりすることができるということを意味している。これにより、ユーザは、真空掃除機を楽にメンテナンスできる。図４は、電気器具のこの部分を詳細に示しており、モータ前置フィルタ１５は取り外されている。

モータ前置フィルタ１５を取り外すと、受動式消音器の第１の組１８が完全に見える。受動式消音器の第１の組１８は、複数個の管状消音器２３から成る。この実施形態では、６つの管状消音器２３が、リングの状態に配列されると共にこの周りに等間隔を置いて位置している。管状消音器２３の第１の組１８は、ドア１７の一体部分であり、ドアは、真空掃除機１の車輪４の一部をなしている。管状消音器２３の第１の組１８とドア１７は、一体品として互いに成形される。これにより、製造が容易になると共に管状消音器２３がファン３ｂに対して真空掃除機１内の所定の位置に自動的に存在ずるようになる。

各管状消音器２３は、一端が閉鎖され、他端が開いた断面円形の筒体から成る。管状消音器２３の内部距離は、関心のある振動数、即ち、回転中のファン３ｂにより生じる音の波長の１／４に設定されている。管状消音器２３の一端が閉じられているので、閉鎖端のところの押圧の変化は、筒体に沿って後方に「反射」される。関心のある振動数では、反射された音波は、元の音波に対して１８０°位相ずれの状態にあり、２つの音波の打ち消し合いが生じる。最大の消音効果を得るためには、各管状消音器２３の位置は、関心のある振動数の「波腹」の位置に一致することが必要である。波腹は、音波の振幅が最大の音波中の点であり、したがって、半波長間隔で生じる。各管状消音器２３の内径は、予測できない音響効果を阻止するよう内部距離よりも小さい。

管状消音器２３の第１の組１８は、ドア１７の内面により形成された流体流路の周囲のところに直列に配置されている。ドア１７が閉鎖位置にあるとき、消音器２３の第１の組１８の開口端部は、羽根車のファン３ｂに向く。羽根車ファン３ｂと消音器２３の第１の組１８との間の距離は、関心のあるファンの音のファン波長の整数倍に相当している。音の打ち消し合い効果を高めるため、受動式消音器の第２の組２４が設けられ、この組は、モニタ３ａ及び羽根車ファン３ｂのハウジング２５の一部をなしている。

受動式消音器の第２の組２４も又、第１の組１８の寸法と同一寸法の６つの管状消音器２３から成っている。第２の組２４に属する管状消音器２３の開口端部は、第１の組１８の開口端部と同じ方向に向き、即ち、羽根車ファン３ｂの方へ向いている。管状消音器２３の第２の組２４は、ファン３ｂの近くに位置し、これ又、ファンから半波長の整数倍の距離だけ離れて位置している。消音器の第１の組１８と消音器の第２の組２４との間の領域は、流体流路の一部をなしている。管状消音器２３の第２の組２４は、モータ・ファンユニット３のためのハウジング２５の端壁２６の一体部分として形成されている。かくして、管状消音器２３の第２の組２４と端壁２６は、一体品として成形され、それにより、製造及び組み立てが単純化されると共に第２の組２４に属する管状消音器２３がファン３ｂに対して真空掃除機１内の所定の位置に存在するようになる。第２の組２４に属する管状消音器２３は、消音器の第２の組１８よりも大きな直径の円上に配置されている。第２の組２４に属する管状消音器２３は、円に沿って等距離を置いて位置している。各管状消音器２３は、ハウジング２５の端壁２６に形成されている孔２７の縁に載っている。孔２７により、空気は、モータ・ファンユニット３中に流入することができる。

図５は、孔２７の方に向いて見たモータ・ファンユニット３の内部の図である。管状消音器２３の第１の組１８及び第２の組２４は、ファン３ｂの回転軸線２８に実質的に垂直である互いに平行な平面内に位置する。各管状消音器２３の長手方向軸線は、ファン３ｂの回転軸円２８に実質的に平行であり、その結果、消音化装置は、羽根車の羽根に向くようになっている。消音器の第１の組１８及び第２の組２４は、第１の組に属する管状消音器２３が第２の組に属する管状消音器から回転軸線２８に沿って間隔を置いて位置すると共に軸方向に沿って見て、第２の組の管状消音器から間隔を置いて位置するように配置されている。かくして、消音化装置の作用効果は、介在して設けられた管状消音器２３のアレイが孔２７の領域のほぼ全体を占めるということにある。この場合、第１の組１８に属する消音器は、回転軸線に関して第２の組２４に属する消音器から半径方向に間隔を置いて位置すると共に第２の組２４に属する消音器から角度間隔を置いて位置している。各管状消音器２３は、羽根車の羽根の種々の部分により生じている騒音に作用する。かくして、消音化装置の音の打ち消し合い効果は、組み合わされた消音器の第１の組１８と第２の組２４の両方によって達成される。通常、同じ個数の管状消音器２３をファン３ｂに向けることは可能ではない。というのは、これら管状消音器は、ファンにより引き込まれている空気の流れを遮る場合があり、それにより、電気器具の性能に悪影響が生じるからである。しかしながら、第１の組１８と第２の組２４を互いに間隔置いて配置して流体がこれらの間を流れることができるようにすると共に個々の管状消音器２３を流体流路の周囲のところに配置することにより、流体の流れが遮られない。

この実施形態では、第１の組１８及び第２の組２４に属する管状消音器２３は、内部寸法が実質的に同一である。これは、通常の作動中、ファン３ｂが所定の回転速度で回転するよう構成され、したがって、通常は、問題のある１種類のファンの音だけが存在するからである。しかしながら、幾つかの使用モードを備えた電気器具では、ファンは、数通りの速度のうちの１つで回転するよう構成されている場合があり、したがって、関心のある２つ以上の音が存在することになる。かかる電気器具の場合、第１の組に属する管状消音器は、第２の組に属する管状消音器とは異なる寸法形状を有するよう構成されるのが良く、その結果、２つの互いに異なる振動数の音波を互いに打ち消し合うようにするのが良い。

一般に、第１の組及び第２の組に属する消音器は、任意適当な仕方で互いに間隔を置いて配置されるのが良い。２つの組の消音器は、共通の間隔を有する必要はなく、例えば、互いに異なる角度間隔及び／又は半径方向間隔を同一の装置内で利用できる。

各組を構成する消音器はそれぞれ、互いに同じである必要はない。消音器は、振動数のスペクトルの効果を減少させるために種々の内部寸法を有するのが良い。消音器の別の組を設けても良い。消音器は、ファンと直列に配置される必要はなく、流れダクトに対して横方向に配置されても良い。消音器の開口端部がファンに向く構成が、最も効果的である。

他形式の消音器、例えば、膨張チャンバ、ヘルムホルツ共鳴器又はハーシェル‐クインケ共鳴器を用いることができる。変形例として、多孔性材料、例えば関心のある一又は複数の振動数を打ち消すよう構成された細孔を有するフォームを用いても良い。受動式消音器の任意の組み合わせを用いることができる。

本発明の利用分野が真空掃除機だけである必要はない。消音化装置は、流体の流れを生じさせるよう構成されたモータ駆動ファンを有する電気器具、例えば、研磨／ワックス仕上げ機械、圧力洗浄機械、地面マーク付け機械、洗浄機械、ハンドドライヤ、ヘヤドライヤ及びヘヤスタイル用器具、エアコンディショナ又は空気調和装置、冷却ファン及びファンヒータに利用できる。

１ サイクロン式真空掃除機
２ 本体
３ モータ・ファンユニット
４ 車輪
５ サイクロン分離器
６ ホース
８ ワンド
９ 床用ツール
１２ シュラウド
１８ 消音器の第１の組
２３ 消音器
２４ 消音器の第２の組

Claims (21)

1. モータ・ファンユニットのファンの騒音を制御するよう構成された消音化装置であって、モータが、使用にあたり、前記ファンを回転軸線回りに回転可能に駆動するよう構成されており、前記消音化装置は、第１及び第２の組の状態に配列されていて、前記ファンに向くよう配置された開口端部を備えている複数の別々の受動式消音器を含み、前記第２の組の消音器は、前記モータ・ファンユニットに空気が流れるのを許す孔内に配置され、前記第２の組の消音器は、前記第１及び第２の組の消音器の間の流体の流れを許すように、前記第１の組の消音器の上流で前記ファンの回転軸線に沿って間隔をおいて配置され、前記第２の組の消音器は、更に、前記ファンの回転軸線に沿って見たとき、前記第１の組の消音器の間に介在するように配置される、消音化装置。
2. 前記第１の組に属する前記消音器は、前記軸方向に沿って見て、前記第２の組に属する前記消音器から角度間隔を置いて位置している、請求項１記載の消音化装置。
3. 前記第１の組に属する前記消音器は、前記第２の組に属する前記消音器から半径方向に間隔を置いて位置している、請求項１記載の消音化装置。
4. 前記第１の組と前記第２の組との間の領域は、使用中、前記ファンにより引き込まれている流体の流路を構成する、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の消音化装置。
5. 前記第２の組に属する前記消音器は、前記孔内で第１のリングの状態の配列に配置されている、請求項４記載の消音化装置。
6. 前記第１の組に属する前記消音器は、前記流体流路内で第２のリングの状態の配列に配置されている、請求項４又は５記載の消音化装置。
7. 前記第１の組に属する受動式消音器の構成は、前記ファンの回転軸線に関して回転対称である、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の消音化装置。
8. 前記第２の組に属する受動式消音器の構成は、前記ファンの回転軸線に関して回転対称である、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の消音化装置。
9. 前記第１の消音器組及び前記第２の消音器組のうちの一方は、前記モータ・ファンユニットのハウジングの一部を構成している、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の消音化装置。
10. 前記第１の組に属する前記消音器は、第１の所定の振動数に同調されている、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の消音化装置。
11. 前記第２の組に属する前記消音器も又、前記第１の所定の振動数に同調されている、請求項１０記載の消音化装置。
12. 前記第１の組と前記第２の組は、前記第１の所定の振動数に対応した半波長の整数倍の距離だけ軸方向に間隔を置いて位置している、請求項１１記載の消音化装置。
13. 前記第２の組に属する前記消音器は、第２の所定の振動数に同調されている、請求項１０記載の消音化装置。
14. 前記第１の組及び前記第２の組のうちの少なくとも一方は、前記ファンの上流側に位置している、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の消音化装置。
15. モータ・ファンユニットと、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の消音化装置とを有する、電気器具。
16. 前記電気器具は、外側ケーシングを有し、前記第１の消音器組及び前記第２の消音器組のうちの一方は、前記ケーシングの一部の内面上に形成されている、請求項１５記載の電気器具。
17. 前記ケーシングの前記一部は、ユーザにより開くことができるよう構成されたドアを構成している、請求項１６記載の電気器具。
18. ハンドドライヤ、ヘヤドライヤ、ヘヤスタイル用器具、エアコンディショナ、冷却ファン、表面処理用電気器具、又はファンヒータのうちの１つの形態をしている、請求項１５、１６又は１７記載の電気器具。
19. 前記ドアは、前記電気器具が床面に沿って動くことができるよう配置された車輪の一部を構成している、請求項１７又は１８記載の電気器具。
20. 前記ドアを開くことにより接近可能なフィルタを更に有する、請求項１７〜１９のうちいずれか一に記載の電気器具。
21. 前記フィルタは、前記ドアに取り外し可能に取り付けられている、請求項２０記載の電気器具。

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